创新设计报告样本

1专业创新设计与实训报告书项目名称：医疗服务与救援机器人小组名单（最多四人）：报告书成绩：2一、项目背景（要求创新性、实用性、可行性，注意系统不要太大，小发明小创新即可）一直以来，灾难都因其突发性，高危险性而使得救援工作难以进行，即使是受到专业训练的救援队伍，也不能快速得知幸存人员位置，人员被困情况的信息而不能快速的确定救援方案。我们知道，面对任何灾难，时间就是生命，时间就是一切，唯有第一时间快速做出反应，才能提高被困人员或者伤者的成功被救几率。由于灾难现场，环境突变性强。如果搜救人员在未能确切知道环境信息和被困者位置的情况下采取贸然行动，救援人员本身也要承受很大的风险，在很多火灾事故中伴随发生的煤气泄漏等稍有疏忽，救援者反而会成为被困者。科技的发展是为了更好的为人类的服务，为人们提供便利，在特殊情况下替代人去为人们完成特殊任务。传感器技术的发展使信息收集、物体的感知变得可能，集成芯片的发展使信息处理和自动控制成为可能。如果将两者结合在一起，就可设计并开发出能对环境状况实时感知并做出相应动作的智能化机器人。灾害搜索工作的复杂性、危险性和紧迫性给救援工作带来了极大的困难。救援机器人以其体积小、灵活性高成为灾难辅助救援的有效工具，并引起了全世界的广泛关注。“Robocup机器人世界杯”作为最有影响力的比赛也增加了实物救援项目组，为救援理论和技术研究提供实验平台。我们将针对Robocup救援组与医疗服务组项目比赛，设计一款结构新颖、能搭载众多识别和机械装置的机器人，以达到行走、识别、准确的完成服务与救援任务。并对其进行运动学、动力分析学、稳定性、快速探测、准确识别等方面进行研究，使其能够在特定的环境下灵活和稳定的运动。其主要目的是为了能在复杂的灾难现场实现自主辅助救援功能，用来完成对救援环境的火源探测、氧气和可燃性气体含量探测、生命体探测、救援环境视频图像实时监测等任务。同时，机器人自身携带有灭火装置，当监测到火源并自主定位后，机器人可自动将其扑灭，其携带的无线收、发模块可以实时的将探测数据远距离发送给上位机监控显示。为配合完成一些较高难度的动作，机器人还可工作在远距离遥控模式下，实现自动运行模式和手动运行模式相配合。3二、项目内容（目标、内容及技术路线）1.系统功能描述功能描述机器人系统框图如图所示，以一片PIC的16位微控制器dsPIC33FJ32GS608单片机作为主控制器，包括蔽障检测单元(红外及声波传感器)、环境气体检测模块、现场图像采集部分、火焰检测及灭火模块、生命探测传感器(红外传感器)和无线通讯模块。机器人系统是一个以蔽障检测和运动控制组成的移动平台，加入环境气体成分检测、现场影像采集传输、火焰检测及灭火装置，以及生命探测传感器，并利用无线通讯模块很上位机监控软件实现数据交换。2.PIC单片机核心板设计dsPIC33FJ32系列单片机部分特性工作范围：•最高40MIPS的工作速度（3.0-3.6V时）：-工业级温度范围（-40°C至+85°C）-扩展级温度范围（-40°C至+125°C）数字I/O：•最多85个可编程数字I/O引脚•最多24个引脚上具有唤醒/电平变化中断功能•输出引脚可驱动3.0V至3.6V的电压•漏极开路配置、最高5V的输出•5V耐压的数字输入引脚MCU:PIC系列dsPIC33FJ32GS608电源管理照明系统舵机驱动芯片舵机电机气体传感器红外传感器无线通讯火焰检测及灭火激光传感器4•所有PWM引脚的拉/灌电流为16mA片上闪存和SRAM：•闪存程序存储器（最大64KB）•数据SRAM（最大8KB）•闪存程序存储器的引导和通用安全性外设特性：•定时器/计数器，最多5个16位定时器-最多可以配对作为2个32位定时器使用高速PWM模块特性：•最多9个PWM发生器和18个输出•主时基和辅助时基•每个PWM输出具有独立的时基和占空比•上升沿和下降沿死区：-占空比分辨率为1.04ns-死区分辨率为1.04ns•相移分辨率为1.04ns•频率分辨率为1.04ns•支持的PWM模式：-标准边沿对齐-真正独立输出-互补-中心对齐-推挽式-多相-可变相位-固定关断时间-电流复位-限流•独立的故障/限流输入•输出改写控制•特殊事件触发器•PWM捕捉特性•输入时钟预分频器•从PWM可向ADC产生双触发•PWMxL和PWMxH输出引脚交换•动态PWM频率、占空比和相移更改•PWM发生器独立禁止•前沿消隐（Leading-EdgeBlanking，LEB）功能高速模拟比较器：•最多4个模拟比较器：-20ns响应时间-每个模拟比较器均带有10位DAC-DACOUT引脚提供DAC输出5-可编程输出极性-可选的输入源-ADC采样和转换功能•PWM模块接口：-PWM占空比控制-PWM周期控制-PWM故障检测中断控制器：•中断响应延时为5个周期•最多5个外部中断•7个可编程优先级•5个处理器异常高速10位ADC：•10位分辨率•最多24个输入通道，组合为12个转换对•用于监视参考电压的两个内部输入，组合为一个输入对•用于模拟对并行转换的逐次逼近寄存器（SuccessiveApproximationRegister，SAR）转换器：-对于具有两个SAR的器件，转换速率为4Msps-对于具有一个SAR的器件，转换速率为2Msps•每个模拟通道具有专用的结果缓冲区•每个模拟输入转换对具有独立的触发源选择PIC单片机核心板电路主要包括：PIC单片机最小系统、稳压电路、显示电路、电机驱动电路、A/D转换电路、各类设备插口。PIC单片机最小系统由PIC单片机以及复位电路、时钟电路组成。PIC单片机是整个车的核心，作为一款高性能的处理器它能很好的完成整个系统的处理任务。稳压电路分为5V稳压电路和12V稳压电路。5V稳压电路由LM2904以及相关电容实现；9V稳压电路由KIA7812以及升压变压器、电容组成。电机驱动电路采用BTS7930构成全桥驱动，实现电机PWM调速，其有驱动电流大，噪声小，ns级响应速度等众多优点。A/D转换电路是16通道10位A/D，可以满足多传感器输入的条件，且A/D高速采集。61122334455667788DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA3Date:2011-9-24SheetofFile:D:\dsPIC33F\Sheet1.SchDocDrawnBy:PGED3/AN0/CN2/RB016PGEC3/B/AN1/CN3/RB115AN2/ASS1/CN4/RB214AN3/AINDX1/CN5/RB313AN4/AQEA1/CN6/RB412AN5/AQEB1/CN7/RB511Vdd10Vss9SS2/FLT9/SYNCI2/T5CK/CN11/RG98MCLR7SDO2/FLT10/CN10/RG86SDI2/FLT11/CN9/RG75SCK2/FLT12/CN8/RG64PWM4H/RE73PWM4L/RE62PWM3H/RE51dsPIC33FJ64/32GS406U2TX/SCL2/FLT18/CN18/RF532U2RX/SDA2/FLT17/CN17/RF431AN15/OCFB/CN12/RB1530AN14/SS1/U2RTS/RB1429TDI/AN13/RB1328TCK/AN12/RB1227VDD26Vss25TDO/AN11/RB1124TMS/AN10/RB1023AN9/RB922AN8/U2CTS/RB821AVss20AVDD19PGED1/AN7/RB718PGEC1/AN6/OCFA/RB617PGEC2/SOSCO/T1CK/CN0/RC1448PGED2/SOSCI/T4CK/CN1/RC1347OC1/QEB1/FLT5/RD046IC4/QEA1/FLT4/INT4/RD1145IC3/INDX1/FLT3/INT3/RD1044IC2/FLT2/U1CTS/INT2/RD943IC1/FLT1/SYNCI1/INT1/RD842Vss41OSC2/REFCLKO/CLKO/RC1540OSC1/CLKIN/RC1239VDD38SCL1/RG237SDA1/RG336U1RTS/SCK1/INT0/RF635U1RX/SDI1/RF234U1TX/SDO1/RF333PWM3L/RE464PWM2H/RE363PWM2L/RE262PWM1H1/RE161PWM1L1/FLT8/RE060RF159SYNCI4/RF058VDD57Vcap/VDDCORE56PWM5H/UPDN1/CN16/RD755PWM5L/CN15/RD654PWM6H/CN14/RD553PWM6L/CN13/RD452OC4/SYNCO1/RD351OC3/FLT7/SYNCI3/RD250OC2/SYNCO2/FLT6/RD149*5DSPIC33FJ32/64GS406100pFC2Cap100pFC1Cap100pFC6Cap100pFC5Cap100pFC3Cap100pFC4Cap1KR2Res11KR1ResAdj1VDDS1SW-SPST12345678Vdd9gnd10*1A/D123456781234567812P4Motor312P5Motor412P2Motor112P3Motor212Y2XTAL100pFC11Cap100pFC12Cap100pFC10Cap4138384112Y1XTAL100pFC8Cap100pFC9Cap0L1L2L3L0H1H2H3H0L0H1L1H2L2H3L3H12345678Vdd9gnd10*3A/D/I/O910111213141516910111213141516123P14SYNCI1123P12IC/INT/QEA1/FLT123P17INDX1/UART1123P13U1CTS4544434245444342VDD123P16UART1333435333435IN14OUT3GNDU2MC7805CD2T100pFC13Cap100pFC14Cap+12vVDDVDDVDDVDDVDDVDDVDDVDD12P6PowerplungeS2SW-DPST4950515253465455基于dspic33FJ64GS406巡迹小车MCU0812000234*1陆文超VDDVDDGNDMCLRMCLR123456P1PGE78EN0EN1EN2EN3EN0EN1EN2EN3DS1LED2DS2LED21KR3Res21KR4Res2LS1BuzzerQ1PNPVDD1KR5Res2RG3RG3100pFC7Cap1KR6Res2Vcc13GND14OUT15OUT26OUT37OUT48IN44IN33IN22IN11ENA9ENB10SENA11SENB12Vdd15*2PWMVcc13GND14OUT15OUT26OUT37OUT48IN44IN33IN22IN11ENA9ENB10SENA11SENB12Vdd15*4PWMIN14OUT3GNDU1MC7812CD2T1KR7Res2+12v1KR8Res2100pFC15CapVDD+12vDS3LED21KR9Res2VDD123P7PWM5123P8PWM6123P9PWM6123P10I/O123P11I/O123P15I/O123P18I/O55545352515049123P19I/O46VDDiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRuleiPCBRule电机驱动芯片电机驱动芯片选用BTS7930，该芯片内有三块独立的芯片，这三块芯片分别是：与高压端相连的P沟道MOSFET芯片以及与低压端相连的N沟道的MOSFET芯片，以及一个驱动芯片，这三块芯片构成一个高电流半桥驱动。所有这三块芯片都与输出端相连，并运用了嵌合芯片技术。电源开关采用垂直MOS技术以确保状态电阻处于最优。由于与