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语音控制的多功能轮式机器人的设计与实现

发布时间:2014-12-21 责任编辑:echolady

【导读】从智能小车发展到如今的轮式机器人,已经有数十年的历史了,本文主要详述了带语音控制的多功能无线监控轮式机器人的设计与实现。这一研究成功的弥补了科技领域的空白,具有广阔的发展前景。

 主要内容

(1)电机驱动。采取经典的L298模块来控制,通过一篇L298来控制两个减速电机的正反转和停止,从而控制小车的行驶。
(2)红外无线遥控模块的设计,实现小车的无线控制,对其方向的控制。
(3)光电壁障模块。根据投光器发出的光束,被物体阻断或部分反射,受光器最终据此作出判断反应,是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射,由同步回路选通而检测物体的有无,其物体不限于金属,对所有能反射光线的物体均能检测。
(4)语音模块的研究。在寻迹和壁障过程中,加载语音识别项目,下车将根据特定人发布的命令,做出相应的动作,以应对复杂多变的工作环境。
(5)利用传感模块进行寻迹和检测障碍物,并控制智能车的车速。
(6)温度采集。采用DS18b20芯片采集智能车所处环境的温度,将温度模拟信号已经在芯片内部转换为数字信号,通过单片机来读取数据。
(7)利用OV6620对图像进行采集,并且研究图像终端的显示。
(8)对ZigBee无线传输技术的研究,应用ZigBee结合智能车进行安全检测,包括对受灾现场人员的定位,并且采集其生命特征,包括心跳、温度和血压等,确定人员的生命体征,并对现场环境具体情况的采集,其中包括温度,湿度和空气的各个气体的含量,对环境情况做出预判。
(9)另外,智能车上还可以扩展一些外围模块来增加其智能性,比如物品搬运,防盗等功能。这样小车的智能性会更加全面,功能也会更加完善。

项目计划及目标

本项目除了实现智能小车的基本功能外,针对特定的现场及PIC32芯片的特点,还开发了循迹、避障、测速等功能,并实现图像的无线传输。

(1)本项目的总体目标提供具有自主知识产权的智能消防车实时监控系统一套;
(2)配套的系统和应用软件一套;

技术、质量指标

(1)将循迹、避障、测速等功能融为一体,尝试了多通道、多传感器的综合运用,采用了较为精确的方向控制策略,使整个系统的稳定性达到了较高的水平。
(2)评测终端主要技术指标:充分利用PIC32单片机的软硬件资源。
(3)增添相应的硬件设备,实现图像识别、行驶状态显示。
(4)仪器终端提供测试结果的液晶显示,可将结果实时在外接的显示器上显示。
(5)从视频信号中采集图像。
(6)利用ZigBee实现图像的无线传输,实现对智能小车的周边影像的监控。
(7)语音控制智能小车的行为。
(8)充分利用单片机的外围接口,使小车的智能性更强。

主要研究方法

本项目是集循迹、避障、测速等功能融为一体,采用ZigBee对图像的无线传输。其研究开发方案及技术路线如下:

(1)小车运动控制电路包括控制电机的选择,PIC32对电机的控制,控制电路的连接设计和电机控制程序的编写以及四相反应式步进电机的建模与仿真。
(2)超声波产生电路包括超声波产生的软件编程,超声波发射接收的自动控制(R-S触发器);超声波接收电路包括信号放大电路、信号滤波电路和信号整形电路,该部分电路主要完成超声波从接收到输入单片机,保障信号的纯度和可检测度。超声波的发射和接收由超声波发射头和超声波接收头来完成;
(3)距离显示电路的主要作用是显示障碍物距移动小车的距离,该部分主要内容为:外部触发脉冲频率的选择和计数器、译码器及显示器的选择。
(4)语音控制电路,利用PIC对小车的行为进行控制。
(5)小车避障电路主要介绍了机器人的运动学模型和避障过程的设计思想,常用的两种路径规划的方法,并介绍了本设计小车的避障策略及软件编程,最后对避障程序进行了计算机仿真。
(6)融合ZigBee无线传输协议对车子周边的环境进行监控。并且尝试了多通道、多传感器的综合运用;

本项目技术成熟性及可靠性

本项目所设计的小车在生活中,及各种特殊的环境下都有着重大的应用。在生活里,可以作为消费类的电子娱乐产品,而在一些特殊的场合,它又相当于一个轮式机器人,可以在诸如矿井、火灾现场等提供一些帮助,并且将现场拍摄的图像传输至终端来显示,以达到监控的目的。倘若这个项目研发成功,将给生产厂商带来巨大的市场需求和经济效益。

本项目的技术难点

(1)系统抗干扰
由于在不同的环境下,外界干扰对小车相关性能影响影响会不一致,因此对小车的抗干扰性提出了更高的要求。

(2)避障功能
对避障这块的难点是,对障碍物的检测和相关参数的计算(比如大致尺寸,距离等),以及选择一个合适的角度,避开目标障碍物。

(3)实时性
对小车周边的环境图像获取后,进行无线传输。从而达到实时对现场的状况的检测。因为PIC32的处理速度是相当有限的,而图片信息量又相对较大,这注定了图片传输和处理会占用较多的cpu资源,这对实时性提出了严峻的挑战。

(4)准确性
对于语音控制部分,控制者发出控制命令,与事先录入的语音信息匹配,这个过程可能因为控制者两次讲话的音量大小,频率高低差别以及身体健康程度而出现不匹配从而无法实现控制,因此这需要一套准确的方法来尽量减少这种情况的发生。

本项目的创新点

(1) 目标障碍物的识别以及有效规避。
(2) 红外控制小车的前进、后退、左转、右转、停止、加速、减速。
(3)研究了ZigBee的无线传输,实现了图像的无线实时传输。
(4)沿着指定路线自动行驶。
(5) 采用PIC32进行模块化的设计,使得整个系统成为可扩展性的一体化平台;在后期可以增添外围设备,进一步优化填充功能。
(6)本项目可以实现实时的环境监控机制,对于高危环境下替代人工作业也具有重要的意义。

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