小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 全 國(guó) 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 “博創(chuàng)杯”全國(guó)大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人residential security robot設(shè)計(jì)報(bào)告組別：工程碩士組 本科組 高職組 參選獎(jiǎng)項(xiàng)： 標(biāo)準(zhǔn)賽項(xiàng) 恩智浦專項(xiàng) 風(fēng)河專項(xiàng) 摘 要當(dāng)前，許多生活小區(qū)的治安巡邏任務(wù)由物業(yè)保安人員負(fù)責(zé)完成，巡邏任務(wù)靠人工實(shí)施往往會(huì)造成管理困難，薪酬糾紛不斷等問(wèn)題，而保安人員很多時(shí)間疲于空轉(zhuǎn)，抓不住實(shí)質(zhì)性的防控重點(diǎn)。為了有效協(xié)助保安人員完成常規(guī)性的巡邏任務(wù)，及時(shí)了解防控區(qū)內(nèi)的治安狀況，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的鎖定關(guān)鍵防控部位，同時(shí)也為了協(xié)助物業(yè)部門解決勞動(dòng)力成本過(guò)高，有效安排、管理保安

2、人員等問(wèn)題，本文開發(fā)了一種能夠代替保安人員在小區(qū)內(nèi)規(guī)定的路線上完成巡邏，監(jiān)測(cè)任務(wù)的小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人。小區(qū)安防機(jī)器人主要由行走機(jī)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)、控制決策系統(tǒng)組成。其中行走機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的重要組成部分，良好的行走機(jī)構(gòu)控制方法是機(jī)器人順利完成任務(wù)的重要保證；傳感器系統(tǒng)由電子羅盤、光電傳感器、灰度傳感器組成，對(duì)多種傳感器信息進(jìn)行融合后，對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出合理的決策，并反饋給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)是小區(qū)安防機(jī)器人的核心系統(tǒng)，指揮傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)協(xié)同工作，通過(guò)分析獲取到的信息，得出合理的方案，能夠使用小區(qū)安防機(jī)器人進(jìn)行自主躲避障礙物、沿黑線自主行走，并實(shí)時(shí)將采集到的圖像反饋控制界面。本系統(tǒng)對(duì)小區(qū)安防機(jī)器人的行

3、走機(jī)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，科學(xué)的分析小區(qū)安防機(jī)器人工作的環(huán)境和需要完成的功能，合理設(shè)計(jì)、組裝該機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)，開發(fā)平臺(tái)由博創(chuàng)的cotex-a8組成，執(zhí)行對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和圖像監(jiān)控以及工作狀態(tài)監(jiān)控；利用2個(gè)51單片機(jī)控制輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)；人機(jī)交互程序的編程語(yǔ)言是qt開發(fā)語(yǔ)言，界面設(shè)計(jì)人性化、合理化；步進(jìn)電機(jī)控制程序的編程語(yǔ)言是ceil51，通信方式由wifi和串口完成。小區(qū)安防機(jī)器人的創(chuàng)新點(diǎn)在于該系統(tǒng)的智能性，首先通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，使安防機(jī)器人對(duì)小區(qū)的工作環(huán)境進(jìn)行熟悉、了解，在工作模式中，機(jī)器人會(huì)自主的選擇運(yùn)動(dòng)路徑，對(duì)路徑的規(guī)劃，在交叉路口進(jìn)行科學(xué)的決策。關(guān)鍵詞： 機(jī)器人行

4、走機(jī)構(gòu),傳感器系統(tǒng),控制系統(tǒng),步進(jìn)電機(jī),機(jī)器學(xué)習(xí)abstractat present, the security patrol is responsible for the property security of living area, artificial patrol work often causes management difficulty, long time work of patrol in the living area often cause security staff tired, a number of security issues are omitted.in

5、 order to complete the patrol of living area in time and effective, reducing the word of the security staff, using residential security patrol robot to completed residential surveillance work,instead of security personnel.residential security robot includes three main systems,such as sensor system,

6、control and decision system. the walking mechanism is an important part of robot, controled by control system to complete the task of the robot,the sensor system collects the information of all kinds of sensors,such as electronic compass, gray sensor.basing on the information of the sensor system,th

7、e control part can make reasonable decision on the motion state. such as avoiding obstacle in the moving state, walking along the black line, monitoring the image of the living area.we designed and realized the walking mechanism and sensor system and control system ,the contol system is the main par

8、t of the robot basing on the scientific analysing on the work environment and the function of the robot, development platform of the robot is composed of cotex-a8 of bo chong composition, controling the motion of robot motion control and displaying video captured by camera, using 2 ceil51 to control

9、 dc motor. the ui of the interactive programming use qt language to complete, the program of ceil51 is developed by c language, and other wise the communication of the each part is accomplished by wifi and serial port.thi innovation of the residential security robot is the intelligence of the system

10、, through the robot learning on the work area. the robot can collect some impotant information of the working area, in the work mode, the robot will choose the path independently, planning the path to move.key words: robot walking mechanism sensor system controling system dc motor robot learning摘 要2

11、abstract3第一章 緒 論61.1 課題來(lái)源61.2 課題研究背景61.3 客戶需求7第二章 系統(tǒng)方案83.1 可行性分析83.1.1 經(jīng)濟(jì)可行性83.1.2 技術(shù)可行性83.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案9第三章 總體設(shè)計(jì)113.1硬件體系結(jié)構(gòu)113.1.1控制臺(tái)113.1.2安防監(jiān)控機(jī)器人123.2軟件體系結(jié)構(gòu)153.2.1 功能模塊153.2.2 綜合運(yùn)算模塊163.2.3 決策模塊17第四章 概要設(shè)計(jì)204.1通信模塊204.1.1硬件結(jié)構(gòu)204.1.2 網(wǎng)絡(luò)通信204.2圖像監(jiān)控224.2.1 圖像采集設(shè)備224.2.2 圖像傳輸234.3傳感器融合模塊234.3.1巡跡行走234.3.2位

12、置定位244.3.3超聲避障26第五章 詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)275.1 ui界面275.1.1 界面設(shè)計(jì)275.1.2 實(shí)現(xiàn)與效果295.2學(xué)習(xí)模式325.3工作模式35第六章 系統(tǒng)測(cè)試386.1網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試用例386.2傳感器測(cè)試用例396.3學(xué)習(xí)功能測(cè)試用例406.3工作功能測(cè)試用例416.5 bug的處理解決方案42第七章 結(jié)論特色46附錄47參考文獻(xiàn)48第一章 緒 論1.1 課題來(lái)源隨著科學(xué)的發(fā)展，智能化家居小區(qū)進(jìn)行人們的生活，給人們的生活帶來(lái)了便捷與安全，當(dāng)前，許多生活小區(qū)的治安巡邏任務(wù)由物業(yè)保安人員負(fù)責(zé)完成，巡邏任務(wù)靠人工實(shí)施往往會(huì)造成管理困難，薪酬糾紛不斷等問(wèn)題，而保安人員很多時(shí)間疲于

13、空轉(zhuǎn)，抓不住實(shí)質(zhì)性的防控重點(diǎn)。為了有效協(xié)助保安人員完成常規(guī)性的巡邏任務(wù)，及時(shí)了解防控區(qū)內(nèi)的治安狀況，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的鎖定關(guān)鍵防控部位，同時(shí)也為了協(xié)助物業(yè)部門解決勞動(dòng)力成本過(guò)高，有效安排、管理保安人員等問(wèn)題，本文開發(fā)的小區(qū)安防機(jī)器人能夠代替保安人員對(duì)小區(qū)進(jìn)行安全巡邏，發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，安防機(jī)器人能夠代替保安人員在小區(qū)內(nèi)規(guī)定的路線上完成巡邏，監(jiān)測(cè)小區(qū)周邊環(huán)境，并實(shí)時(shí)采集圖像傳遞給監(jiān)控人員，使得監(jiān)控人員足不出戶就可以對(duì)小區(qū)周邊的環(huán)境了如指掌，高效的完成對(duì)小區(qū)環(huán)境的巡邏任務(wù)。1.2 課題研究背景目前視頻檢測(cè)機(jī)器人在國(guó)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，通過(guò)無(wú)線進(jìn)行圖像傳輸，從而完成視頻監(jiān)測(cè)的功能。對(duì)于安防小區(qū)的安防機(jī)器人這一

14、領(lǐng)域，剛剛起步，機(jī)器人利用機(jī)器人攜帶的攝像裝置，實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)及周邊環(huán)境的異常情況的檢測(cè)與巡視，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)和圖像信息經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送到監(jiān)控室；通過(guò)監(jiān)控室監(jiān)控設(shè)備接收、顯示發(fā)回的數(shù)據(jù)和圖像資料。小區(qū)安防機(jī)器人涉及的重要的關(guān)鍵技術(shù)如下所列：1、視覺(jué)檢查：視覺(jué)檢查是應(yīng)用最為廣泛的監(jiān)控方法，采用高分別率ccd攝像機(jī)攝取目標(biāo)圖像，實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)控人員，可以根據(jù)圖像確定是否存在異?；蚶糜?jì)算機(jī)圖像處理和人工復(fù)查相結(jié)合的方法判斷是否存在異常的情況。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的難點(diǎn)在于巡線機(jī)器人如何自主控制攜帶的攝像設(shè)備，捕捉特定興趣目標(biāo)，獲取多視角、高清晰度目標(biāo)圖像。2、位置定位：實(shí)時(shí)確定巡線機(jī)器人在作業(yè)環(huán)境中所處的位

15、置及故障點(diǎn)的位置，是巡線過(guò)程的又一重要任務(wù)。準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)線路故障點(diǎn)的位置對(duì)于設(shè)備的檢修、維護(hù)至關(guān)重要。可以采用里程計(jì)進(jìn)行定位，也可以借助于gps進(jìn)行定位。在視頻檢測(cè)和位置定位這兩方面國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，技術(shù)基本成熟，有成功的應(yīng)用案例，對(duì)本項(xiàng)目提供了技術(shù)的支撐。1.3 客戶需求 通過(guò)對(duì)小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人工作環(huán)境的分析和小區(qū)保安人員的工作進(jìn)行科學(xué)的分析，對(duì)客戶的需求進(jìn)行梳理，歸納如下：一、用戶對(duì)“小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人”的客戶需求：1、在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行巡邏工作時(shí)，機(jī)器人能夠從保安室出來(lái)，自主行走，進(jìn)行路徑規(guī)劃。2、機(jī)器人在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行巡邏工作時(shí)，實(shí)時(shí)拍攝圖像并傳輸給監(jiān)控臺(tái)，在視頻監(jiān)控界面進(jìn)行顯示，及時(shí)反饋

16、給保安人員。3、機(jī)器人當(dāng)發(fā)現(xiàn)自身的電位不足時(shí)，自主返回保安室，進(jìn)行自主充電。4、當(dāng)機(jī)器人偏離運(yùn)動(dòng)軌道時(shí)，監(jiān)控人員可以指揮機(jī)器人進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，回歸到正常的軌道。二、完成用于人機(jī)交互的“控制臺(tái)”的客戶需求：產(chǎn)品要求：1、操作界面友好；2、能夠向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令；3、能夠向機(jī)器人發(fā)送“圖像接收”指令；三、產(chǎn)品開發(fā)文檔1、要求文檔規(guī)范。2、開發(fā)流程科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、詳細(xì)。3、責(zé)任到人，模塊分工明確。四、產(chǎn)品質(zhì)量：1、產(chǎn)品操作方法簡(jiǎn)單。2、產(chǎn)品穩(wěn)定性要高、速度要快。第二章 系統(tǒng)方案3.1 可行性分析3.1.1 經(jīng)濟(jì)可行性小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人，是安防監(jiān)控領(lǐng)域的新寵，代替保安人員對(duì)小區(qū)進(jìn)行巡邏，不僅節(jié)省人力、物力

17、的開支，還能夠提高小區(qū)安防巡邏工作的質(zhì)量，克服由于保安人員長(zhǎng)時(shí)間工作的而造成的工作懈怠，遺漏食角的問(wèn)題。本文開發(fā)設(shè)計(jì)的小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人具有很強(qiáng)的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楝F(xiàn)在智能安居小區(qū)、廠礦企業(yè)、企事業(yè)單位的安防巡邏領(lǐng)域。安防巡邏機(jī)器人可以自主的在小區(qū)內(nèi)沿線行走，多方位實(shí)時(shí)采集小區(qū)周邊環(huán)境圖像并傳輸給監(jiān)控臺(tái)，監(jiān)控人員可以足不出戶就能對(duì)小區(qū)內(nèi)的環(huán)境一覽無(wú)余。本產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)在于將學(xué)習(xí)功能賦予機(jī)器人，使其具有智能性。在學(xué)習(xí)模式下，對(duì)路況進(jìn)行熟悉，對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃，從而達(dá)到自主識(shí)別路徑，自主下達(dá)命令，使小區(qū)安防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主工作。在工作模式下，機(jī)器人可以自主進(jìn)行避障和定位，獨(dú)立完成對(duì)小區(qū)的安防巡邏

18、工作。當(dāng)小區(qū)安防機(jī)器人出現(xiàn)脫離軌道時(shí)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使其回歸正常軌道，從而達(dá)到了雙重保障。3.1.2 技術(shù)可行性小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人應(yīng)用到的技術(shù)問(wèn)題主要包括傳感器信息融合、視頻監(jiān)控、位置定位技術(shù)等。在以上方面，我們程序了一定的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，參加了多類嵌入式方面的競(jìng)賽，程序了一定的經(jīng)驗(yàn)。2011年，參加“蘇大杯”第四屆江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽家用吸塵比賽，在這次競(jìng)賽中，我們利用傳感器信息的融合技術(shù)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃，從中，我們積累了傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。2012年，參加“博創(chuàng)杯”第八屆全國(guó)大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽，在這次大賽中我們自主研發(fā)了家用吸塵機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，在這次競(jìng)賽中，我們?cè)诳?/p>

19、制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在圖像監(jiān)控、位置定位等方面，國(guó)內(nèi)外也有一定的應(yīng)用研究，為本項(xiàng)目的開發(fā)、設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)，有了以上的基礎(chǔ)，開發(fā)、設(shè)計(jì)小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人技術(shù)上是可以的。3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案我們根據(jù)“小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人”的功能需求以及應(yīng)用的場(chǎng)地，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下二套方案。方案一：硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：“小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人”行走機(jī)構(gòu)： 履帶式行走機(jī)構(gòu)； 控制設(shè)備：up-magic6410； 攝像頭：cmos攝像頭； 傳感器：紅外測(cè)試、電子羅盤，灰度傳感器、光電傳感器 控制臺(tái)：pc機(jī)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)開發(fā)語(yǔ)言：vc+6.0； 圖像處理技術(shù)：圖像二值化、軌跡映射方案二：硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：

20、“電力電纜故障監(jiān)測(cè)機(jī)器人”行走機(jī)構(gòu)：輪式行走機(jī)構(gòu)； 操控器：up-magic6410+2ceil51； 攝像頭：usb攝像頭； 傳感器：超聲傳感器、電子羅盤，灰度傳感器、光電傳感器 控制臺(tái)：cortextm-a8軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 開發(fā)語(yǔ)言：qt4.7.0； 圖像處理技術(shù)：圖像二值化、軌跡映射經(jīng)過(guò)充分的論證，我們選擇了技術(shù)方案二，小區(qū)安防機(jī)器人的信息主要包括兩類，一是圖像信息，二是位置信息和運(yùn)動(dòng)指令。監(jiān)控于機(jī)器人是戶外工作，與監(jiān)控臺(tái)之間的通信是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，處理信息量大，原因方案二，理由是：1、cortextm-a8外擴(kuò)b-link無(wú)線網(wǎng)卡；2、機(jī)器人的控制設(shè)備由up-magic6410和2塊ce

21、il51，原因是機(jī)器人在工作狀態(tài)下處理的信息量大，位置信息和運(yùn)動(dòng)指令可能不能丟失的原因，三個(gè)硬件設(shè)備分工協(xié)作。3、qt專業(yè)開發(fā)ui界面，具有良好的跨平臺(tái)性并且設(shè)計(jì)的界面美觀、精制。第三章 總體設(shè)計(jì)小區(qū)安防機(jī)器人總體功能主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器工作兩種模式，本產(chǎn)品是安防監(jiān)控領(lǐng)域的新寵，代替保安人員對(duì)小區(qū)進(jìn)行巡邏。本產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)在于將學(xué)習(xí)功能賦予機(jī)器人，使其具有智能性。在學(xué)習(xí)模式下，對(duì)路況進(jìn)行熟悉，對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃，從而達(dá)到自主識(shí)別路徑，自主下達(dá)命令，使小區(qū)安防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主工作。在工作模式下，機(jī)器人可以自主進(jìn)行避障和定位，獨(dú)立完成對(duì)小區(qū)的安防巡邏工作。當(dāng)小區(qū)安防機(jī)器人出現(xiàn)脫離軌道時(shí)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，

22、使其回歸正常軌道，從而達(dá)到了雙重保障。3.1硬件體系結(jié)構(gòu)3.1.1控制臺(tái)北京博創(chuàng)興業(yè)科技有限公司開發(fā)的up-cup210 型開發(fā)平臺(tái)，cpu采用cortextm-a8 core， up-cup210 采用基于samsung 公司最新的s5pv210 嵌式微處理器。s5pv210 是一款16/32 的risc 微處理器，具有低成本、低功耗、高性能等優(yōu)良品質(zhì)，適用于移動(dòng)電話和廣泛的應(yīng)用開發(fā)。s5pv210 也包含了許多強(qiáng)大的硬件，用于提高任務(wù)運(yùn)行的速度，例如動(dòng)態(tài)視頻處理，音頻處理，2d 圖形，顯示和縮放等。集s5pv210 具有良好的外部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。這種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)能夠在高端的通信服務(wù)中維持很高的內(nèi)

23、存寬帶。存儲(chǔ)系統(tǒng)擁有兩個(gè)外部存儲(chǔ)器接口、dram 和flash/rom。up-cup210 型教學(xué)科研平臺(tái)集成了usb、sd、lcd、camera 等常用設(shè)備接口，適用于各種手持設(shè)備、消費(fèi)電子和工業(yè)控制設(shè)備等產(chǎn)品的開發(fā)。up-cup210 型平臺(tái)可以作為計(jì)算機(jī)、電子通訊、軟件開發(fā)等專業(yè)開設(shè)嵌入式軟件課程的教學(xué)平臺(tái)，又可作為廣大從事pda 和科研單位的參考設(shè)計(jì)平臺(tái)。硬件的選擇以滿足以下功能需要為依據(jù)：1、機(jī)器人與控制臺(tái)進(jìn)行無(wú)線wifi通信，需要無(wú)線wifi模塊的支持， up-cup210 型開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)usb-wifi。2、對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是通過(guò)指令輸入、發(fā)送等操作完成，與之相關(guān)的人機(jī)交互程

24、序要顯示在lcd屏上，另外圖像控制的指令發(fā)布、圖像顯示等交互程序要顯示lcd屏上，配有7lcd觸摸屏，并且固定在底板上。3、程序開發(fā)過(guò)程中，程序燒寫、與開發(fā)板的通信是通過(guò)nfs文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，硬件配置如圖3-1所示。圖3-1 cortextm-a8硬件配置3.1.2安防監(jiān)控機(jī)器人“安防監(jiān)控機(jī)器人”的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由兩塊ceil51擔(dān)當(dāng)，分別命名為c51和s51。其中c51指揮控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， s51對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行融合，為綜合運(yùn)算單元傳遞重要的信息。up-magic6410（以下簡(jiǎn)稱6410）與c51和s51之間以及c51和s51之間都是通過(guò)串口通信的，安防監(jiān)控機(jī)器人與控制臺(tái)的通信是通過(guò)

25、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，包括圖像信息和命令信息以及狀態(tài)信息等。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示。 圖3-2 “安防小區(qū)監(jiān)控機(jī)器人”硬件結(jié)構(gòu)圖“安防監(jiān)控機(jī)器人”按照硬件結(jié)構(gòu)共分為三個(gè)層，上位機(jī)和下位機(jī)和硬件設(shè)備層三部分構(gòu)成，軟、硬件件關(guān)系模塊圖如圖4-4所示。上位機(jī)運(yùn)動(dòng)位置監(jiān)控視頻監(jiān)控機(jī)器學(xué)習(xí)/機(jī)器工作下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻傳輸路徑?jīng)Q策坐標(biāo)定位視頻采集串口通信v4l2s51c51光電傳感器步進(jìn)電機(jī)攝像頭電子羅盤灰度傳感器硬件層圖3-3 “安防小區(qū)監(jiān)控機(jī)器人”模塊關(guān)系圖3.2軟件體系結(jié)構(gòu)3.2.1 功能模塊安防機(jī)器人在真正投入工作前需要人工協(xié)助對(duì)指定的生活小區(qū)道路環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過(guò)程中機(jī)器人按照人工指示自動(dòng)把小區(qū)路

26、徑信息，方位信息，自身坐標(biāo)系統(tǒng)信息以及需要重點(diǎn)巡邏的關(guān)鍵部位信息記憶下來(lái)，這些信息將作為機(jī)器人脫離人工指揮，獨(dú)立完成工作（巡邏）時(shí)的重要參考信息，學(xué)習(xí)過(guò)程事實(shí)上是機(jī)器人熟悉自己的工作環(huán)境的過(guò)程。 安防機(jī)器人對(duì)小區(qū)環(huán)境信息進(jìn)行學(xué)習(xí)后，即可脫離人工干預(yù)，獨(dú)立進(jìn)行工作（巡邏），在工作過(guò)程中，安防機(jī)器人依據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程中記憶的路徑信息自動(dòng)沿著規(guī)定道路巡邏，并同時(shí)完成以下任務(wù)： 1 通過(guò)攝像頭獲取周圍環(huán)境的視頻數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到保安室監(jiān)控大屏顯示。 2 通過(guò)超聲波傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路路面障礙信息，監(jiān)測(cè)到障礙后自動(dòng)避障。 3 通過(guò)羅盤實(shí)時(shí)測(cè)量自己的運(yùn)行方向。 4 通過(guò)光電傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量自己的運(yùn)行速度和計(jì)

27、算運(yùn)行里程。 5 依據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)（方向和運(yùn)行里程）計(jì)算自己當(dāng)前在小區(qū)中的坐標(biāo)。 6 依據(jù)坐標(biāo)信息，向保安人員匯報(bào)自己當(dāng)前在小區(qū)中所處的位置，并顯示在監(jiān)控大屏上。 7 接受保安人員遠(yuǎn)程緊急通知，并按照通知完成規(guī)定的動(dòng)作。 8 自動(dòng)檢測(cè)電量，當(dāng)自身電量不足時(shí)，向保安室發(fā)出通知，并自主返回充電塢充電。 圖3-4安防監(jiān)控機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖環(huán)境監(jiān)測(cè)單元及驅(qū)動(dòng)控制單元分別由兩片8051系列單片機(jī)完成。綜合運(yùn)算單元由6410系列arm開發(fā)板為核心部件，監(jiān)控單元由博創(chuàng)up-cup210開發(fā)板構(gòu)成。環(huán)境監(jiān)測(cè)單元主要負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)器人行走過(guò)程中路徑、障礙、方位等信息，在本設(shè)計(jì)中稱為s-51，外接超聲波測(cè)距、電子羅盤等傳感

28、器，獲取到的環(huán)境信息經(jīng)8051串口送入綜合運(yùn)算單元。驅(qū)動(dòng)控制單元主要依據(jù)綜合運(yùn)算單元送來(lái)的決策數(shù)據(jù)完成對(duì)機(jī)器人行走電機(jī)，攝像頭旋轉(zhuǎn)舵機(jī)，充電起落架等動(dòng)力單元的控制和調(diào)節(jié)，在本設(shè)計(jì)中稱為c-51。3.2.2 綜合運(yùn)算模塊綜合運(yùn)算單元作為機(jī)器人的控制中樞，是安防監(jiān)控機(jī)器人的核心模塊，是機(jī)器人的中樞控制機(jī)構(gòu)，主要具有以下功能：1、環(huán)境信息數(shù)據(jù)融合2、控制決策3、視頻捕獲4、遠(yuǎn)程通信綜合運(yùn)算單元功能模塊之間相互協(xié)同，進(jìn)行工作，對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行融合，經(jīng)過(guò)科學(xué)、嚴(yán)密的分析作做出科學(xué)的決策，如圖4-2所示，環(huán)境信息數(shù)據(jù)融合模塊的輸入、輸出數(shù)據(jù)流圖，其中視頻流由單獨(dú)的線程進(jìn)行處理，將視頻流分解為視頻信息

29、和視頻數(shù)據(jù)兩部分，視頻信息包括視頻格式信息和視頻大小信息，決策模塊將據(jù)此開辟合適的網(wǎng)絡(luò)通道傳送到監(jiān)控單元。圖3-5 綜合運(yùn)算單元模塊關(guān)系圖3.2.3 決策模塊決策模塊將遠(yuǎn)程控制模式處理為所有三種運(yùn)行模式中優(yōu)先級(jí)最高的一種，這是由于機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中受各種因素的干擾如突發(fā)性的天氣變化、道路施工等有可能會(huì)出現(xiàn)某些無(wú)法預(yù)知的或自身無(wú)法糾正的錯(cuò)誤動(dòng)作，為了防止在無(wú)法預(yù)知的情況下機(jī)器人意外造成損傷或者是能迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，決策模塊會(huì)絕對(duì)優(yōu)先處理來(lái)自遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的控制指令。學(xué)習(xí)模式是機(jī)器人熟悉自身工作環(huán)境的一個(gè)重要功能，從推廣應(yīng)用的角度講，這一功能也是非常必要的，因?yàn)椴煌纳钚^(qū)其路徑信息，環(huán)境狀況都是

30、不同的。機(jī)器人被安排在陌生的小區(qū)環(huán)境中執(zhí)行巡邏任務(wù)，如果無(wú)法學(xué)習(xí)環(huán)境信息那么將會(huì)使機(jī)器人的使用意義大打折扣。本項(xiàng)目中，機(jī)器人的學(xué)習(xí)功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)模仿生物遠(yuǎn)徙時(shí)會(huì)在沿途留下信息素，然后依靠搜索信息素正確找到目的地的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的。一旦進(jìn)入學(xué)習(xí)模式，決策模塊將在記憶系統(tǒng)中開辟相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并根據(jù)環(huán)境信息融合單元提供的坐標(biāo)方位、位移量等信息，在存儲(chǔ)空間中“留下痕跡”。對(duì)一些關(guān)鍵部位，機(jī)器人將根據(jù)人工指示，除了留下痕跡外，還另外留下特殊的標(biāo)志，決策模塊涉及的具體功能子模塊關(guān)系如下圖4-3所示：圖3-6 綜合運(yùn)算單元模塊關(guān)系圖上圖描述了綜合運(yùn)算單元中的決策模塊與其它功能單元的銜接關(guān)系， 由于在本設(shè)計(jì)

31、中，機(jī)器人共有三種運(yùn)行模式即遠(yuǎn)程控制模式、學(xué)習(xí)模式和工作模式，在不同的運(yùn)行模式下決策模塊將有不同的決策算法，對(duì)不同的決策算法其輸入輸出數(shù)據(jù)流也互有差異。上圖綜合了三種運(yùn)行模式下的輸入輸出數(shù)據(jù)流，并沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分各種運(yùn)行模式及其對(duì)應(yīng)的輸入輸出。第四章 概要設(shè)計(jì)4.1通信模塊4.1.1硬件結(jié)構(gòu)監(jiān)控單元的硬件平臺(tái)采用contex_a8開發(fā)板（簡(jiǎn)稱a8），安防監(jiān)控機(jī)器人的硬件平臺(tái)是由c51和s51兩塊51單片機(jī)和up-magic6410開發(fā)板（簡(jiǎn)稱6410）組合而成。各個(gè)硬件平臺(tái)之間的通信方式包括無(wú)線通信和串口通信。contex_a8與up-magic6410之間通過(guò)無(wú)線wifi通信；c51和s51之間

32、以及51單片機(jī)與6410開發(fā)板之間的通信是串口通信。通信模塊處理的主要信息包括圖像信息、命令信息和位置信息。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。contex_a8為開發(fā)平臺(tái)的監(jiān)控單元6410開發(fā)板s51 c51串口1wifi串口2wifitrtr傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖4-1 通信模塊硬件結(jié)構(gòu)圖4.1.2 網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控臺(tái)與機(jī)器人之間的網(wǎng)絡(luò)信息有三類，圖像信息，位置狀態(tài)信息和指令信息；鑒于信息的特征和網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，采用udp通信，分別開啟2個(gè)udpsocket，分別用于傳輸圖像信息和位置指令信息，采用多線程的方式。雙戶雙擊監(jiān)控平臺(tái)的“startimage”按鈕后，監(jiān)控平臺(tái)向8888端口發(fā)送廣播包，只有6410開發(fā)

33、板收到廣播包后，回發(fā)“ok”信息，此時(shí)監(jiān)控平臺(tái)與6410建立網(wǎng)絡(luò)連接，用于圖像的傳輸。下層的6410將攝像頭拍攝的圖像，采用科學(xué)的分包機(jī)制，分包發(fā)送圖像信息給監(jiān)控平臺(tái)，當(dāng)監(jiān)控平臺(tái)收到數(shù)據(jù)包后，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行組包，并顯示相應(yīng)的圖像。在監(jiān)控平臺(tái)雙擊“l(fā)earnmode”，監(jiān)控臺(tái)向9888端口發(fā)送廣播包，信息包含“l(fā)earnmode”，下層的6410收到廣播包后，回發(fā)“ok”信息，當(dāng)監(jiān)控臺(tái)收到信息后，就可以向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令了。向處于工作模式時(shí)，機(jī)器人向監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送x和y坐標(biāo)信息，將機(jī)器人的當(dāng)前的位置描畫小區(qū)的電子地圖上，顯示在lcd顯示屏上。圖4-2為指令信息和位置信息的網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)序圖。 圖4-2

34、運(yùn)動(dòng)控制 sequence4.2圖像監(jiān)控4.2.1 圖像采集設(shè)備為了提高圖像的質(zhì)量，我們采用高清的攝像頭，經(jīng)過(guò)比較我們選取卓為科技（sovic）的鷹眼攝像頭313， 30萬(wàn)像素 cmos感光芯片，如圖4-3所示，產(chǎn)品參數(shù)如表4-1所示。圖4-3 鷹眼攝像頭313表4-1攝像頭313參數(shù)項(xiàng)目具體參數(shù)圖像傳感器30萬(wàn)像素 cmos感光芯片最大圖像分辨率640*480鏡片五片全玻璃鏡頭，彩色濾光片ir視場(chǎng)62度幀速率320*240像素，30幀/秒；640*280像素，20幀/秒；1280*960像素，20幀/秒視頻格式24位真彩色，1420/rgb聚焦范圍3cm-無(wú)限遠(yuǎn)圖像信噪比>72最低照明

35、值5lux亮度、白平衡設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)輸入接口usb1.1（即插即用）4.2.2 圖像傳輸 圖像傳輸是在上位機(jī)的a8開發(fā)板和中間層的6410開發(fā)板之間進(jìn)行的，6410首先將數(shù)據(jù)包分割，鑒于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪芰?，?024kb為分割的單位，向上位機(jī)發(fā)送，a8收到數(shù)據(jù)包后，依據(jù)數(shù)據(jù)包的編號(hào)進(jìn)行組包，并將圖像顯示在圖像顯示區(qū)域，時(shí)序圖如圖4-4所示。圖4-4圖像傳輸sequence4.3傳感器融合模塊4.3.1巡跡行走安防監(jiān)控機(jī)器人可以在小區(qū)內(nèi)沿線行走，本產(chǎn)品中采用的是5路灰度傳感器，如圖4-5所示。bfd-1000 專門設(shè)計(jì)用作黑（白）線檢測(cè)的傳感器，特別適合復(fù)雜黑白線、交叉黑白線的檢測(cè)，它有6 路高靈敏

36、度的紅外傳感器（5 路巡線、1 路蔽障），能夠?qū)诎拙€準(zhǔn)確的識(shí)別，具有如下功能和特點(diǎn)：1.bfd-1000 集成5 路循跡傳感器，適合復(fù)雜黑線（白線）的跟蹤，對(duì)于簡(jiǎn)單的黑線（白線）尋取更不在話下。2.bfd-1000 有一路蔽障用的紅外傳感器，蔽障距離可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)，方便有蔽障需求的機(jī)器人設(shè)計(jì)。3.bfd-1000 有一個(gè)專門設(shè)計(jì)的觸碰傳感器，使得有這方面的需求機(jī)器人設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便。4.bfd-1000 輸出信號(hào)全部都為數(shù)字信號(hào)，方便與單片機(jī)相連。5.bfd-1000 全部傳感器都有l(wèi)ed 燈作為指示，方便調(diào)試6.bfd-1000 支持電壓為3.0-5.5v 滿足大多數(shù)系統(tǒng)需求。 圖4-

37、5 灰度傳感器模塊圖4.3.2位置定位安防監(jiān)控機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位置信息來(lái)源于光電傳感器和電子羅盤，如圖4-6所示。確定機(jī)器人的位置，即x,y坐標(biāo)主要依賴于以下信息：1、來(lái)源于光電轉(zhuǎn)感器的輪子的轉(zhuǎn)速。2、來(lái)源于電子羅盤的角度信息。經(jīng)過(guò)比較，選擇gy26電子羅盤，gy-26 是一款低成本平面數(shù)字羅盤模塊。輸入電壓低，功耗小，體積小。其工作原理是通過(guò)磁傳感器中兩個(gè)相互垂直軸同時(shí)感應(yīng)地球磁場(chǎng)的磁分量，從而得出方位角度，此羅盤以rs232 協(xié)議，及iic 協(xié)議與其他設(shè)備通信。該產(chǎn)品精度高，穩(wěn)定性高，能夠在任意位置得到準(zhǔn)確的方位角，其輸出的波特率是9600bps，數(shù)據(jù)以詢問(wèn)方式輸出，具有校準(zhǔn)功能和磁偏角補(bǔ)償功能

38、，適應(yīng)不同的工作環(huán)境。 光電傳感器電子羅盤 圖4-6 位置定位傳感器光電傳感器外引三根線，分別為vcc棕色、gnd藍(lán)色、信號(hào)線黑色（在代碼里初始化時(shí)必須把信號(hào)位置零）。當(dāng)有物體遮住時(shí)，會(huì)把相應(yīng)信號(hào)線連接的管腳置成成低電位，代碼里進(jìn)行計(jì)數(shù)，滿足發(fā)送條件（目前是任意左右光電個(gè)數(shù)大于等于2）時(shí)發(fā)送，并把計(jì)數(shù)器清空，方便下次重新計(jì)數(shù)。原本設(shè)計(jì)為左右輪各裝一個(gè)遮擋薄片，后來(lái)因精度問(wèn)題，改為左右輪各安放五個(gè)（每72度安裝一個(gè)遮擋薄片以提高精度）。光電傳感器工作原理如圖4-7所示。 4-7 光電傳感器原理圖分為發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(le

39、d)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線返回。4.3.3超聲避障鑒于機(jī)器人工作環(huán)境的突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性，有一些突發(fā)的情況，需要機(jī)器人進(jìn)行自主躲避障礙物。為了準(zhǔn)確的避障，選取的元器件

40、必須測(cè)量精準(zhǔn)，在30厘米內(nèi)誤差不得大于5厘米，本產(chǎn)品采用的超聲傳感器如圖4-8所示。圖4-8 超聲傳感器基本工作原理:1. 采用io口trig觸發(fā)測(cè)距，提供至少10us的高電平信號(hào);2. 模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；3有信號(hào)返回，通過(guò)io口echo輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340m/s)/2;第五章 詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)“小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人”的人機(jī)交互界面主要是指監(jiān)控單元的操作界面，也是使用者的主要操作界面。主要包括開機(jī)界面、機(jī)器學(xué)習(xí)界面、位置定位界面和圖像監(jiān)控界面。5.1 ui界面5.1.1 界面設(shè)計(jì)“

41、機(jī)器學(xué)習(xí)”界面的界面元素主要包括工作模式切換類按鈕，運(yùn)動(dòng)指令類按鈕，以及推桿電機(jī)的控制按鈕，如表5-1所示，各個(gè)界面元素的布局結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。 表5-1 機(jī)器學(xué)習(xí)界面元素按鈕名類型功能learnmodeqpushbutton切換到學(xué)習(xí)模式并發(fā)送工作象限studymodeqpushbutton切換到學(xué)習(xí)模式scanfqpushbutton搜索熱點(diǎn)connectqpushbutton連接選擇的無(wú)線熱點(diǎn)goqpushbutton前進(jìn)backqpushbutton后退rightqpushbutton右轉(zhuǎn)leftqpushbutton左轉(zhuǎn)downqpushbutton控制充電起落架的下降 upqpu

42、shbutton控制充電起落架的上升圖5-1機(jī)器學(xué)習(xí)界面“位置定位”界面主要是用于顯示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置，該界面只有在工作模式下才有效。該界面主要包括小區(qū)電子地圖顯示區(qū)域和x,y位置信息顯示區(qū)域，具體的界面元素如表5-2所示。各個(gè)界面元素的整體布局結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。表5-2 位置定位界面元素按鈕名類型功能2bitimageqpushbutton二值化小區(qū)電子地圖workmodeqpushbutton切換到工作模式infolistqtextbrowserx,y位置信息imagelableqlabel在小區(qū)電子地圖顯示機(jī)器人的位置信息圖5-2 位置定位界面“圖像監(jiān)控”界面主要是用于顯示小區(qū)安防監(jiān)控

43、機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中拍攝到的圖像，該界面在工作模式下才有效，主要的界面元素布局結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。圖5-3圖像監(jiān)控界面5.1.2 實(shí)現(xiàn)與效果在界面類mainwindow的構(gòu)造函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)界面元素的初始化，實(shí)現(xiàn)具體的設(shè)計(jì)與布局，在設(shè)計(jì)界面元素的同時(shí)綁定相對(duì)應(yīng)的槽函數(shù)，用于對(duì)鼠標(biāo)操作的事件的響應(yīng)，主要的實(shí)現(xiàn)代碼如下:mainwindow:mainwindow(qwidget *parent):qdialog(parent) /*學(xué)習(xí)模式*/ gobutton=new qpushbutton("go");adjustbutton=new qpushbutton("adjus

44、t");initbutton=new qpushbutton("init");downbutton=new qpushbutton("down");upbutton=new qpushbutton("up");leftbutton=new qpushbutton("left");rightbutton=new qpushbutton("right");stopbutton=new qpushbutton("stop");/*工作模式*/infotext = new

45、qtextbrowser();twobitbutton = new qpushbutton(tr("2bitimage");workconnect= new qpushbutton("workmode");gridlayout *movelayout = new qgridlayout(movetab); movelayout->addwidget(movelabel,0,0,5,5);movelayout->addwidget(infotext,0,6,1,2);movelayout->addwidget(twobitbutton,3

46、,6,1,1);movelayout->addwidget(workconnect,4,6,1,1);/*視頻監(jiān)控*/imageconnect = new qpushbutton("startimage");imageclose = new qpushbutton("stopthread");qgridlayout *imagelayout = new qgridlayout(imagetab); imagelayout->addwidget(imagelabel,0,0,6,4);imagelayout->addwidget(imag

47、econnect,0,7,2,2);imagelayout->addwidget(imageclose,3,7,2,2);mvmonitor= new movemonitor(movelabel,this);學(xué)習(xí)模式的實(shí)現(xiàn)效果如圖5-4，工作模式的實(shí)現(xiàn)效果如圖5-5所示，視頻監(jiān)控模式的實(shí)現(xiàn)效果如圖5-6所示。圖5-4 學(xué)習(xí)模式界面圖5-5 工作模式界面圖5-6 視頻監(jiān)控界面安防監(jiān)控機(jī)器人在真正投入工作前需要人工協(xié)助對(duì)指定的生活小區(qū)道路環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過(guò)程中機(jī)器人按照人的指令，在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行行走，在行走的過(guò)程中，自動(dòng)把小區(qū)路徑信息，方位信息，自身坐標(biāo)信息以及需要重點(diǎn)巡邏的關(guān)鍵部位信息記憶下

48、來(lái)，這些信息將作為機(jī)器人脫離人工指揮，獨(dú)立完成工作（巡邏）時(shí)的重要參考信息，學(xué)習(xí)過(guò)程事實(shí)上是機(jī)器人熟悉自己的工作環(huán)境的過(guò)程。安防監(jiān)控機(jī)器人對(duì)小區(qū)環(huán)境信息進(jìn)行學(xué)習(xí)后，即可脫離人工干預(yù)，獨(dú)立進(jìn)行工作（巡邏），在工作過(guò)程中，安防監(jiān)控機(jī)器人依據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程中記憶的路徑信息自動(dòng)沿著小區(qū)的道路進(jìn)行巡邏，并同時(shí)完成以下任務(wù)： 1、 通過(guò)攝像頭獲取周圍環(huán)境的視頻數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到保安室監(jiān)控大屏顯示。 2、 通過(guò)超聲波傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路路面障礙信息，監(jiān)測(cè)到障礙后自動(dòng)避障。 3、通過(guò)羅盤實(shí)時(shí)測(cè)量自己的運(yùn)行方向。 4、通過(guò)光電傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量自己的運(yùn)行速度和計(jì)算運(yùn)行里程。 5、依據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)（方向和運(yùn)行里程）計(jì)算自

49、己當(dāng)前在小區(qū)中的坐標(biāo)。 6、依據(jù)坐標(biāo)信息，向保安人員匯報(bào)自己當(dāng)前在小區(qū)中所處的位置，并顯示在監(jiān)控大屏上。7、 接受保安人員遠(yuǎn)程緊急通知，并按照通知完成規(guī)定的動(dòng)作。 8、 自動(dòng)檢測(cè)電量，當(dāng)自身電量不足時(shí)，向保安室發(fā)出通知，并自主返回充電塢充電。5.2學(xué)習(xí)模式為了使安防機(jī)器人可以在任何陌生的小區(qū)環(huán)境下進(jìn)行獨(dú)立自主的工作，我們?cè)O(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)與工作模式的功能。安防監(jiān)控機(jī)器人通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，對(duì)未知的工作環(huán)境進(jìn)行熟悉，規(guī)劃出自主運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)路徑，當(dāng)在工作模式下，機(jī)器人則沿著規(guī)劃好的路徑進(jìn)行自主運(yùn)動(dòng)。在學(xué)習(xí)模式下，向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)的指令，機(jī)器人收到后完成相應(yīng)的動(dòng)作，在機(jī)器人行走的過(guò)程中，不斷的將16位的路徑、狀態(tài)信

50、息反饋給上位機(jī)，上位機(jī)收到這些信息后，交給路徑規(guī)劃模塊，采用k最鄰近分類算法，對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃，學(xué)習(xí)算法的流程圖如圖5-4所示。圖5-4學(xué)習(xí)模式流程圖學(xué)習(xí)模式主要包括運(yùn)動(dòng)控制部分和狀態(tài)位置信息兩部分，代碼實(shí)現(xiàn)如下所示：void mainwindow:left()if(stateflag =true) wifi->left(ordersocket,sender,senderport); runtype = 'l' filecommand = 1; void mainwindow:right()if(stateflag =true) wifi->right(orderso

51、cket,sender,senderport); runtype = 'r' filecommand = 1; void mainwindow:stop()wifi->stop(ordersocket,sender,senderport);if(stateflag = true) filecommand = 1; runtype = 's' void mainwindow: inforeceiver()while (infosocket->haspendingdatagrams() datagram.resize(infosocket->pen

52、dingdatagramsize(); infosocket->readdatagram(datagram.data(), datagram.size(), &sender, &senderport); qstring str= qstring(datagram);qstring temp= str+"n"infotext->insertplaintext(temp);if(str0='x')/*learn mode*/actprepot = pxyarray.last();temppot.setx(x);temppot.sety

53、(y); pxyarray.append(temppot);pathsavearray(x,y);if(abs(pxyarray.at(id).x()-refendpoint.x()<=0 && abs(pxyarray.at(id).y()-refendpoint.y()<=0) ordersocket->writedatagram(datafile.data(),datafile.size(),sender,senderport); if(!qts.atend()lineinfo = qts.readline(); readfile(lineinfo); 5.3工作模式當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入工作模式后，用戶通過(guò)上位機(jī)向機(jī)器人發(fā)送“開始工作”指令，機(jī)器人收到命令后，依據(jù)規(guī)劃好的最優(yōu)路徑和當(dāng)前采集到環(huán)境信息，決策當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)路線，從而指揮運(yùn)動(dòng)機(jī)器在小區(qū)內(nèi)自主運(yùn)動(dòng)。工作模式的流程圖如