搜救机器人系统的设计与开发.pdf

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1、522010年3月中国制造业信息化第39卷第5期搜救机器人系统的设计与开发张亚萍．一，马明星(1．扬州大学机械工程系，江苏扬州225009)(2．泰州职业技术学院机电系，江苏泰州225300)摘要：对能力风暴搜救机器人的硬件系统和搜救程序的设计方法进行了阐述，然后介绍了搜救机器人的现场调试方法，并对机器人搜救的程序进行了优化，优化结果表明，搜救机器人的搜救速度和效率有了大幅度的提高。关键词：搜救机器人；系统；程序；设计；调试中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1672—1616(2010)05—0052—04AS～UⅡ能力风暴机器人是广茂达公司开发的机器人平台。它有一个功能很强大

2、的“大脑”和一组灵敏的“感觉器官”，不仅可以随着外部环境敏捷地作出反应，而且还可以与外界交流。它有听觉、视觉和触觉，会像人一样使用动作和发出声音，来表达对周围世界的感觉。AS—UⅡ机器人外形呈圆盘状，微控制器采用Motorola公司生产的68HC11E1芯片，扩展了32KB的外部静态RAM，身体周围装有红外、光敏、碰撞等传感元件，底盘上图1赛场布置图装有2个主动轮和2个导向轮；机器人以12V电源为动力，采用2个直流电机，通过三级齿轮传动2搜救机器人硬件设计降速机构分别驱动2个主动轮，实现机器人的前2．1地面灰度传感器的设计进、左转、右转等方式的运动，同时利用机器人上的根据搜救规则，机器人

3、不能进入黑色禁区，因开放式硬件扩展总线ASBus，可根据自己的设计此必须在AS—UII机器人中安装地面灰度传感意图进行传感器、伺服电机等元件的扩展，进一步器，当传感器检i贝0到黑色区域时，立即改变运动方提高机器人的开发潜力⋯1。向，逃离黑色禁区。为此在机器人底盘下方安装了3个地面灰度传感器，安装位置如图2所示。1机器人搜救介绍搜救场地布置如图1所示，黑色部分代表禁区，圆圈代表障碍物，R代表机器人，B代表寻找目标(信号灯，25W，闪烁白炽灯)。搜救过程中，黑色禁区的位置是固定不变的，障碍物的位置和个数是’变化的，机器人进入场地的初始位置和方位是任意摆放的。搜救规则：机器人不能进入禁区，离开

4、最外圈禁区，算失败；不能碰撞或推障碍物；找到光源时，停在离光源2．5mm的范围内，在最短的时问内找图2地面灰度安装图到光源。AS—UⅡ机器人中的模拟输入口PE0～PE4收稿日期：2009—12—11作者简介：张亚萍(1978一)，女，江苏泰兴人，泰州职业技术学院讲师，主要研究方向为数控技术。·智能控制技术·张亚萍马明星搜救机器人系统的设计与开发53已被碰撞传感器和红外传感器使用，只剩下PE5～接口扩展一个3通道的地面灰度检测卡，扩展卡制PE73个模拟输入口，因此可以利用ASBUS总线作原理图如图3所示。《一1O●234567nDR笙wD—丽M：：：：lJ3LEDSENSORCH2：：：l

5、J2LEDSENSOR图3地面灰度扩展卡制作原理图2．2红外测距传感器的设计红外测距传感器能测量10～80cm范围内的唧嘣㈣一物体的距离，在AS—UII机器人的前方、左方、右方都装有红外测距传感器，用以确定机器人与障碍物的距离，从而确定机器人的运动速度和方向_2J。2．3远红外火焰传感器的设计AS—U1I机器人的两侧各装有一个光敏传感器，由于在搜救过程中不需要使用它，因此只需要图4搜救机器人行为控制把光敏传感器从主板上拔下，将2个远红外火焰传在所有的执行机构中，在某一时刻只能有一个感器插在原来光敏传感器的接口位置即可。基本行为的输出可执行，这就需要优先级仲裁机构。图4中，I】～I4是优先

6、级，I】最高。谁的优先3搜救机器人程序设计级高，就先运行谁的执行信号。3．1机器人的行为控制3．2避障实现行为控制方法目前是机器人学科的前沿研究避开障碍物是机器人在未知环境中实现路径领域之一。借助多进程功能，能力风暴机器人可以规划的关键问题。搜救机器人避障采用了基于实实施行为控制方法。行为控制的基本思想是构建时传感器信息的、BP网络和模糊神经网络相结合行为能力，而非功能模块。首先把要实现的机器人的二级融合结构，其模型结构如图5所示。的行为特点描述下来，表达成基本的行为构成。搜一级融合是将红外测距传感器的信息通过BP救机器人在搜救过程中，遇到黑色禁区要避开，发网络处理，得到初步的融合结果；

7、二级融合是将不现障碍物要逃离，检测到光源，要趋光。行为控制同时刻一级网络融合的结果作为输入，经过模糊推方法如图4所示。理综合产生决策信息。机器人避障控制器模型结2010年3月中国制造业信息化第39卷第5期构如图6所示。中，远}，距离变化的论域为0～0．8m；机器人当前运动速度用模糊语言变量表示为{L，M，Q}={慢，中，快}。根据机器人平台的驱动特性，速度变化的论域为0．05～0．5m／s；机器人输出的转角值为一30。，一15。，0