一种基于ARM的救援探测机器人的设计

1、一种基于ARM的救援探测机器人的设计摘要：本文主要介绍了一种基于ARM*核的S3C44B0救援探测机器人的设计,该机器人由将实时性较高的操作系 统Linux移植到S3c44B0的限制系统、多传感器系统、运行 与避障电路系统、图像采集处理系统、无线数据收发系统组 成.在Linux开发环境下编写应用程序,实现能远程限制救 援探测机器人行走与自动避障、温度和湿度以及02、H2&C2H4湃几十种可燃和有毒气体含量的检测、现场图像的采 集、无线传输与限制的功能,其特点是能够远程无线限制机 器人和远程采集信息.关键词：S3C244B0救援探测机器人传感器Linux TP242.6 A 1007-9

2、416(2022) 03-0178-03近年来,地震、海啸、矿难、泥石流等灾害频发,如 我国的汶川地震,印尼的海啸,日本的福岛核事故.当这些 灾难发生时,如何最大限度最大效率的搜救幸存人员是救援 的首要问题,引起了国际社会的广泛的思考.传统的人工搜 救效率低,救灾周期长,危险性大.基于这种情况,国内外 开展了一种集合环境感知、动态感知与规划,运动的限制与 执行的综合性功能机器人的研究,而救援探测机器人就是这 么一种在各种复杂环境下展开搜救工作、实时对多个目标的 进行探测、通过远程通信采集灾难现场有效数据传给限制中 心和方便展开人员部署的机器人.本文是在广泛的查阅了国 内外相关资料和实验的根底上

3、,设计的一种集合了自动行 走,避障,定位,探测以及远程通信于一体的救援探测机器 人.1机器人系统总体架构设计该机器人采用了可变形双侧履带式运动设计,采用双 履带驱动力大,越野性能,稳定性好.在前部装有能够攀爬的辅助臂,行走时遇到斜坡,辅助臂向上摆动,当辅助臂上 前轮高度等于坡的高度时,夹角一般为 0%-80%最大的可 达100% ,能够顺利通过斜坡.机器人上装有两台直流电机 来调节限制机器人运行的速度和转弯的方向.救援探测机器 人运动机构如下列图1所示.该机器人的云台采用臂式结构,可以实现云台上的USB摄像头升降、水平转动和俯仰运动,升降高度范围0-300mm,摄像头水平旋转角度范围为 -90

4、到90° ,俯仰运动角度范围 为0到90° ,实现了摄像头全方位探测.机器人在搜救时, 由于前方的路况不确定,云台升降关闭,摄像头在最低位 置,有效保护了摄像头,待需要观测时,机器人停下,通过 舵机驱动实现摄像头升降、转向、俯仰,到达搜救目 的.同时云台上还装配了一台LED照明灯,当所处环境光线很暗时,起补光作用,采集的图像更加清楚.该机器人还装有压力检测装置和释放CO2的存储罐,压力检测装置检测机器人体内与体外的气压,如果机器人内 部的气压 >=外部的气压,机器人处于平安状态；如果机器人 内部的气压=外部的气压,这样的设计有效预防了可燃气体进 入机器人内部去烧毁机器

5、人从而到达保护机器人的目的.2硬件系统的组成与设计该救援探测机器人的硬件系统主要由电机限制系统, 舵机限制系统,通信系统,多传感器系统,电源系统等组成 的.硬件系统的主限制芯片采用三星的ARMZK片S3C44BOS3c44B渥32位RISC处理器,S3c44BOM有抗干扰水平强、 运行速度快、移植性好等优点,很好地实现对探测系统传来 的图像,温度,湿度,可燃有害气体含量等数据进行处理, 同时将这些数据转化成为电机的驱动限制信号,使整机器人 实现智能化的限制行动和有效的避障,同时又可以根据地面 指挥系统的指挥人工操作,还要对其他一些辅助设备进行控 制.电机驱动模块选择驱动芯片 L293D, L2

6、93D内部集成了 双极型H-桥电路,L293D将2个H-桥电路集成到一片芯片 上,用可以一片芯片可以同时限制两个直流电机工作.H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向,使能信号可以用 于脉宽调整(PWM ,通过PW味限制两个电机的转速来限制 机器人的速度与转向.BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电 路,它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成,用于 搜寻生命体征.E18-D80NK-N这是一种集发射与接收于一体的 光电传感器,该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、 使用方便等特点,用于实现机器人的避障.N55A是一款能够检测02、H2s CO2 C2H4湃几十种可燃气体

7、和有毒气体含 量的多气体传感器,耗电(100-300mA)小,误差 (W±10%低寿命(10年)长.PT100是一款热电阻温度传 感器,它是集温度湿度采集于一体的智能传感器.温度的采 集范围可以在-200 C+200C,湿度采集范围是0呛100%,测量温度的精度在土 0.2 C.电源系统由电池,电压转换电路,以及充电电路等构 成的.电源采用的是锂离子电池,锂离子电池是专为移动机 器测仪设计的高效、便携、轻便、充足的大容量锂电池组. 电源系统提供机器人能源,并保持稳定性,这时机器人才能 工作.救援探测机器人硬件系统如下列图2所示.3软件系统的组成与设计3.1 软件系统总体框架概述救援探

8、测机器人限制系统软件有三局部组成：上位机 限制软件局部,下位机限制软件局部,以及它们之间的通信 局部.上位机主要实现收集下位机采集的信息,用户分析后 发生指令,编译后经通信局部传给下位机,实时对救援探测 机器人进行限制.通信局部实现上下位机之间数据传输提供 了通道,保证了通信的平安与通畅.下位机主要实现用各种传感器采集数据,必将采集到的数据发传给上位机,同时实现接收上位机发送的指令完成救援探测机器人进行调整.上位机限制软件流程图图 3所示,下位机限制软件流程图如图4所示.3.2 Linux 系统的移植Linux是一种可裁剪,可移植,支持多线程多任务的占 先式实时多任务内核,它采用标准的ANSI

9、C语言编写,适用于多种CU所口多种硬件平台, 技术,是一种开放性操作系统. 分利是 Boot loader , LinuxLinux开放源代码,不存在黑箱Linux的软件体系分为四层, 内核,根文件系统和应用程序,Linux的开发环境采用交叉编译环境,将应用程序的编译过程S3c44BO发板上运行S3c44BO 发板上运Boot loader 是Boot loader 经过初放到高性能的PC机上进行,生成可在 的二进制代码,通过交叉编译后移植到 行,Linux的软件体系如下列图5所示 在操作系统内核运行前运行的一段程序, 始化硬件设备,建立内存空间的映射,使系统的软硬件环境进入适宜的状态,为调用

10、操作系统内核准备正常的环境.Linux内核以独占的方式执行最底层的任务,是 Linux操作系统的核心,负责治理系统的进程中使用的内存,设备驱动程 序,文件与网络系统,决定 Linux操作系统的性能与稳定.根文件系统是Linux内核启动时第一个文件系统,保证 Linux的正常启动,内核代码映像文件保存在根文件系统中,系统引导程序在根文件系统桂载之后从中把一些根本的初始化脚 本和效劳等加载到内存中去运行.设计时要精心选择用到的 系统库,内核模块和应用程序等,并配置好各种初始化脚 本,选择适宜的文件系统并放置到实际存储设备的适宜位 置.应用程序是为了完成奥项或几项特定任务而被开发运行与操作系统之上的

11、计算机程序,位于Linux操作系统的最顶层.本设计应用程序主要涉及LCD显示；图像采集与处理；运动限制避障；各传感器数据采集等局部.4结语本设计采用了可变形双侧履带式运动设计,很好的解 决了搜救探测机器人的攀爬问题,同时采用臂式云台结构和 多传感器系统,很好的实现了全方位的观察与探测功能,将 实时性较高的Linux操作系统移植到 S3c44B0内核中,极大 的提升了系统的实时性.程序经仿真调试后编译烧入S3c44BOXE理器中,运行测试结果证实,工作平安可靠、数 据收发正确.搜救探测机器人安装有压力检测装置,检测机 体内外气压,预防可燃性气体进入机体,到达保护机器人的 目的.随着科学技术的不断

12、开展,机器人越来越多的由现在 危险领域(地震,海啸,火灾现场,井下事故等),有着越 来越广泛的应用前景.参考文献1林晓飞,刘彬,张辉.基于ARM嵌入式Linux应用 开发与实例教程M.北京：清华大学生版社,2022.2张绮文,解书钢.ARM嵌入式常用模块与综合系统设 计实例精讲M.北京：电子工业由版社,2022.3严芳,李颖冲.基于ARM9的智能小车限制器设计 J.电气传动自动化,2022 (5) : 48 -50.4朱孟强,卢博友,雷永锋,周茂雷 .基于ARM的智 能机器人小车限制系统设计 J.微计算机信息,2022(14) : 240-241.5杨继华,严国萍.基于Linux嵌入式与S3c44B0平 台的视频采集J.北京：单片机与嵌入式系统应用,2022,82-946.文档资料：一种基于ARM勺救援探测机器人的设计 完整下载完整阅读全文下载 全文阅读免费阅读及下载阅读相关文档：竞猜60秒动态限时声光数码显示电路利用虚拟技术整合医院效劳器的探索一种高精度的GPSM合授时方法VHF频段上变频模块的设计与实现 基于CUDA勺图像分割并行算法设计与实现 北京市大型立交桥路考虚拟驾驶系统 的设计与实现 高校信息化建设相关性探究 提升计算机软件开发中用