一種蛇形搜救機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種蛇形搜救機(jī)器人，屬于機(jī)器人搜救領(lǐng)域。本蛇形搜救機(jī)器人包括遙控裝置、蛇形裝置，蛇形裝置包括支架、輪子、電源、主控制器、傳感器、攝像頭、視頻發(fā)射器、舵機(jī)，電源控制攝像頭電路、舵機(jī)電路、控制器電路，主控制器包括單片機(jī)和通訊裝置，單片機(jī)控制傳感器、攝像頭和舵機(jī)。通過(guò)上位機(jī)發(fā)出指令，蛇形搜救機(jī)器人以蜿蜒運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)到指定位置，完成對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的生命檢測(cè)和環(huán)境檢測(cè)。同時(shí)，頭部的無(wú)線(xiàn)攝像頭將搜救現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，救援中心可根據(jù)信息制定搜救方案。蛇形搜救機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，在地面上運(yùn)動(dòng)靈活，具有多種傳感器，能檢測(cè)環(huán)境，搜尋被困人員具有一定的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種蛇形搜救機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本實(shí)用新型涉及一種蛇形搜救機(jī)器人，屬于機(jī)器人搜救領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
:
[0002]我國(guó)是世界上災(zāi)害，事故發(fā)出最多的國(guó)家之一，地震、火災(zāi)，塌方，以及各類(lèi)人為事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害。過(guò)去的幾年中，我國(guó)多災(zāi)并發(fā)，災(zāi)害強(qiáng)度大，影響范圍廣，人員傷亡多，城鎮(zhèn)受災(zāi)重，民房倒塌和基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴(yán)重。特別是汶川、青海玉樹(shù)強(qiáng)震，甘肅舟曲特大山洪泥石流等數(shù)次重特大自然災(zāi)害，造成傷亡人數(shù)之多、給我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重影響。
[0003]地震、火災(zāi)、礦難等災(zāi)難發(fā)生后，在廢墟中搜尋幸存者，給予必要的醫(yī)療救助，并盡快救出被困者是救援人員面臨的緊迫任務(wù)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，超過(guò)48小時(shí)后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來(lái)越低。由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，救援人員受到有害物、煙霧、灰塵和一氧化碳等危險(xiǎn)的情況下是很難進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展救援工作的，此外，廢墟中形成的狹小空間使搜救人員甚至搜救犬也無(wú)法進(jìn)入。
[0004]目前現(xiàn)有的搜救機(jī)器人，由于體積龐大，一般很難進(jìn)入狹小空間進(jìn)行搜索。而且現(xiàn)有的搜救機(jī)器人，是獨(dú)自的搜索幸存者，機(jī)器人相互之間沒(méi)有通信，搜索速度比較慢，搜索到幸存者所花的時(shí)間比較長(zhǎng)。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0005]為了解決救援人員在受到有害物、煙霧、灰塵和一氧化碳等危險(xiǎn)的情況下很難進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展救援工作，特別是在廢墟中形成的狹小空間無(wú)法進(jìn)入的情況完成快速、準(zhǔn)確的搜索到幸存者的任務(wù)的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種蛇形搜救機(jī)器人。
[0006]所述機(jī)器人包括遙控裝置、蛇形裝置；所述蛇形裝置包括支架、輪子、電源、主控制器、傳感器、攝像頭、視頻發(fā)射器、舵機(jī)；所述電源控制攝像頭電路、舵機(jī)電路、控制器電路；所述主控制器包括單片機(jī)和通訊裝置；所述單片機(jī)控制傳感器、攝像頭和舵機(jī)；所述傳感器包括煙霧傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、熱釋紅外傳感器；所述攝像頭位于蛇形裝置頭部。
[0007]所述機(jī)器人的蛇形裝置頭部還有話(huà)筒，所述電源控制的電路還包括話(huà)筒語(yǔ)音電路。
[0008]所述單片機(jī)為STM32單片機(jī)。
[0009]所述通訊裝置為無(wú)線(xiàn)傳輸裝置。
[0010]所述傳感器采集的信息匯總給主控制器，再由主控制器傳遞給上位機(jī)。
[0011]所述攝像頭采集的信息直接通過(guò)視頻發(fā)射器傳給上位機(jī)，由上位機(jī)控制開(kāi)始錄制信息。
[0012]上位機(jī)通過(guò)遙控系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)送模塊發(fā)出指令，主控制器接收信號(hào)接收板產(chǎn)生的高壓信號(hào)，將指令傳給單片機(jī)，控制蛇形機(jī)器人工作的啟動(dòng)或者停止。機(jī)器人啟動(dòng)的瞬間，安裝在機(jī)器人頭部的攝像頭、傳感器電路開(kāi)始工作。攝像頭采集前方圖像并通過(guò)視頻發(fā)射器傳輸?shù)缴衔粰C(jī)電腦，傳感器采集的信息匯總至主控制器后，再由主控制器通過(guò)通訊裝置通過(guò)無(wú)線(xiàn)串口通訊方式傳到上位機(jī)，熱釋紅外傳感器搜尋熱源完成生命檢測(cè)，煙霧檢測(cè)傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境信息，如果發(fā)現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)，可控制蛇形機(jī)器人遠(yuǎn)離，以免機(jī)器蛇受損而停止工作。同時(shí)，控制者通過(guò)視頻信息、傳感器信息，可發(fā)送指令，主控制器上有無(wú)線(xiàn)傳輸裝置，控制器接受信號(hào)后，把指令傳給單片機(jī)，主控制器通過(guò)單片機(jī)控制舵機(jī)使蛇形搜救機(jī)器人以蜿蜒運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)到指定位置，從而隨時(shí)改變蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向。
[0013]本實(shí)用新型的蛇形搜救機(jī)器人以STM32處理器為核心。蛇形搜救機(jī)器人頭部配備無(wú)線(xiàn)攝像頭，前部還安裝了傳感器。通過(guò)上位機(jī)發(fā)出指令，蛇形搜救機(jī)器人以蜿蜒運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)到指定位置，完成對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的生命檢測(cè)和一氧化碳?xì)怏w濃度、煙霧檢測(cè)、溫度檢測(cè)。同時(shí)，頭部的無(wú)線(xiàn)攝像頭將搜救現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，救援中心根據(jù)視頻信息，為制定搜救方案提供有力支持。如果有被困人員，頭部的話(huà)筒可以使被困人員與搜救人員進(jìn)行有效的溝通，從而了解廢墟內(nèi)的情況以及被困人員的狀況為制動(dòng)有效的救援方案提供了有力的支持。蛇形搜救機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，在地面上運(yùn)動(dòng)靈活，具有多種傳感器，能檢測(cè)環(huán)境，搜尋被困人員具有一定的應(yīng)用前景。
[0014]本實(shí)用新型的煙霧檢測(cè)傳感器電路有LI煙霧傳感器、滑動(dòng)變阻器R1、R2、R3、電阻R4、比較器LM358等組成。LI煙霧傳感器A端與電源相連，B端連接滑動(dòng)變阻器R1、比較器Ul的同相輸入端，電阻R4—端接地，一端接滑動(dòng)變阻器R2的一端，滑動(dòng)變阻器R2另一端接電源，滑動(dòng)觸點(diǎn)接比較器Ul反相輸入端，比較器Ul的輸出端接滑動(dòng)變阻器R3的一端，滑動(dòng)變阻器R3另一端接地，滑動(dòng)觸點(diǎn)接輸出。
[0015]本實(shí)用新型的視頻發(fā)射器電路由石英晶振K315、電感L2、L3、電容Cl、C2、電阻R5、R6、晶體三極管Q1、Q2等組成。電阻R5 —端連輸入、另一端連三極管Q2的基極，三極管Q2發(fā)射極接地，集電極接Ql的發(fā)射極和Cl的一端、三極管Ql基極連電阻R6的一端和石英晶振K315的一端，集電極接電感L3、電容C2 —端、電容C2另一端接天線(xiàn)、電容Cl、電阻R6、石英晶振K315、電感L3、電感L2 —端相連、電感L2另一端接電源。
[0016]本實(shí)用新型的一氧化碳檢測(cè)傳感器電路由Pl接一氧化碳傳感器、電容C3、C4、電阻R7、R8、R9、R10、Rll、R12、R13、晶閘管Q3、比較器U2等組成。Pl接一氧化碳傳感器，一個(gè)腳接比較器U2A的輸出端、C3的一端、Pl另一個(gè)腳接R7、Q3 —端、Pl還有個(gè)腳接Q3另一個(gè)輸入端及Rll —端、Q3輸出接R9、R9另一端接電源、R7 一端接R8、C3的一端、R8 一端接U2A的反相輸入端、RlO接U2A的正相輸入端、RlO另一端接地、Rll另一端接U2B的反相輸入端和R12、C4的一端、R12、C4的另一端接U2B的輸出、也是整個(gè)電路的輸出、R13接U2B的同相輸入端、R13另一端接地。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0017]圖1為蛇形搜救機(jī)器人的原理框圖；
[0018]圖2為設(shè)計(jì)的機(jī)器人側(cè)視圖；(1:攝像頭，2:話(huà)筒，3:煙霧傳感器，4:熱釋電紅外傳感器，5:舵機(jī)，6:電池，7:主控制器，8:視頻發(fā)射器，9: 一氧化碳傳感器，10:溫度傳感器，11:輪子，12:支架)
[0019]圖3為舵機(jī)與支架之間的連接；
[0020]圖4為電源控制電路圖；
[0021]圖5為煙霧檢測(cè)傳感器電路圖；
[0022]圖6為視頻發(fā)射器原理圖；
[0023]圖7為一氧化碳檢測(cè)傳感器電路；
[0024]圖8為蛇形搜救機(jī)器人程序流程圖；
[0025]圖9為蛇形搜救機(jī)器人運(yùn)動(dòng)流程圖；
[0026]圖10為蛇形搜救機(jī)器人遙控工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
:
[0027]一種蛇形搜救機(jī)器人，由控制者指定機(jī)器人前進(jìn)方向，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。啟動(dòng)的瞬間，攝像頭、煙霧檢測(cè)電路、一氧化碳傳感器電路、熱釋紅外傳感器電路開(kāi)始工作。攝像頭采集前方圖像并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)電腦，話(huà)筒可以使被困人員和搜救人員進(jìn)行通話(huà)，熱釋紅外傳感器電路搜尋熱源，控制者通過(guò)監(jiān)控視頻，發(fā)現(xiàn)受困人員，并可隨時(shí)改變蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向。煙霧檢測(cè)電路、一氧化碳傳感器電路、溫度傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)串口通訊方式將信息傳遞到上位機(jī)，如果發(fā)現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)，可控制蛇形機(jī)器人遠(yuǎn)離，以免機(jī)器蛇受損而停止工作。
[0028]圖3為電源控制電路圖，蛇形搜救機(jī)器人由8V電源給攝像頭、舵機(jī)、核心控制器供電，核心控制器(即主控制器)內(nèi)部穩(wěn)壓輸出5V給幾個(gè)傳感器供電，5V經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓得到3.3V，3.3V給STM32單片機(jī)供電。
[0029]圖4為煙霧檢測(cè)傳感器電路圖，當(dāng)火災(zāi)場(chǎng)所發(fā)生的煙霧進(jìn)入到監(jiān)測(cè)電離室，位于電離室中的檢測(cè)源镅241放射a射線(xiàn)，使電離室內(nèi)的空氣離成正負(fù)離子。當(dāng)煙霧進(jìn)入時(shí)，內(nèi)外電離室因極性相反，所產(chǎn)生的離子電流保持相對(duì)穩(wěn)定，處于平衡狀態(tài)；火災(zāi)發(fā)生初期釋放的氣溶膠亞微粒子及可見(jiàn)煙霧大量進(jìn)入檢測(cè)電離室，吸附并中和正負(fù)離子，使電離電流急劇減少，改變電離平衡狀態(tài)而輸出檢測(cè)電信號(hào)，經(jīng)后級(jí)電路處理識(shí)別后，發(fā)出報(bào)警，并向配套監(jiān)控系統(tǒng)輸出報(bào)警開(kāi)關(guān)信號(hào)。煙霧檢測(cè)電路整體電路由穩(wěn)壓、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、比較觸發(fā)、信號(hào)輸出及聲光報(bào)警等電路組成。
[0030]圖5為視頻發(fā)射器原理圖，數(shù)據(jù)發(fā)射器內(nèi)部設(shè)計(jì)有聲表諧振器SAW穩(wěn)頻電路，有極高的頻率穩(wěn)定度，抗溫度干擾、振動(dòng)干擾能力強(qiáng)。聲表諧振器的穩(wěn)頻性能僅次于晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動(dòng)也很難保證已調(diào)好的頻點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移。
[0031]圖6為一氧化碳檢測(cè)傳感器電路圖，一氧化碳傳感器是以定電位電解為基本原理。當(dāng)一氧化碳擴(kuò)散到氣體傳感器時(shí)，其輸出端產(chǎn)生電流輸出，提供給報(bào)警器中的采樣電路，起著將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的作用。當(dāng)氣體濃度發(fā)生變化時(shí)，氣體傳感器的輸出電流也隨之成正比變化，經(jīng)報(bào)警器的中間電路轉(zhuǎn)換放大輸出。
[0032]圖7為蛇形搜救機(jī)器人程序流程圖，該蛇形搜救機(jī)器人以STM32處理器為核心。蛇形搜救機(jī)器人頭部配備無(wú)線(xiàn)攝像頭，并安裝一氧化碳濃度傳感器。通過(guò)上位機(jī)發(fā)出指令，蛇形搜救機(jī)器人以蜿蜒運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)到指定位置，完成對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的生命檢測(cè)和一氧化碳?xì)怏w濃度檢測(cè)。同時(shí)，頭部的無(wú)線(xiàn)攝像頭通過(guò)視頻發(fā)射器將搜救現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
[0033]圖8為蛇形搜救機(jī)器人運(yùn)動(dòng)流程圖，蜿蜒運(yùn)動(dòng)是蛇類(lèi)生物最高效，最常采用的一種運(yùn)動(dòng)方式。蛇的蜿蜒運(yùn)動(dòng)可適應(yīng)復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境。舵機(jī)與支架之間連接圖如圖3所示。本設(shè)計(jì)通過(guò)控制數(shù)字舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)器蛇的蜿蜒運(yùn)動(dòng)。啟動(dòng)按鈕按下時(shí)，5個(gè)數(shù)字舵機(jī)與電源串聯(lián)導(dǎo)通。從蛇形機(jī)器人頭部往后的舵機(jī)依次為1-5號(hào)，I至5號(hào)舵機(jī)依次向左偏轉(zhuǎn)相同角度(約40° )。相隔舵機(jī)延時(shí)1S。5號(hào)舵機(jī)偏轉(zhuǎn)完成后，延時(shí)150MS，I至5號(hào)舵機(jī)開(kāi)始向右偏轉(zhuǎn)。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)蛇形機(jī)器人行波傳遞一樣的蜿蜒運(yùn)動(dòng)。
[0034]圖9為遙控系統(tǒng)工作流程圖，遙控系統(tǒng)信號(hào)發(fā)送模塊獨(dú)立工作，有內(nèi)部獨(dú)立電源供電。信號(hào)接收板由核心控制器穩(wěn)壓后的DC5V提供電源。信號(hào)發(fā)送鍵A按下時(shí)，信號(hào)接收板產(chǎn)生高壓信號(hào)并傳遞給核心控制器Il端口，Il 口的高壓信號(hào)設(shè)定為核心控制器開(kāi)啟蛇形機(jī)器人工作的啟動(dòng)信號(hào)。信號(hào)發(fā)送鍵B按下時(shí)，信號(hào)接收板產(chǎn)生高壓信號(hào)并傳遞給核心控制器12端口，12 口的高壓信號(hào)設(shè)定為核心控制器停止蛇形機(jī)器人工作的啟動(dòng)信號(hào)。
【權(quán)利要求】
1.一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人包括遙控裝置、蛇形裝置；所述蛇形裝置包括支架、輪子、電源、主控制器、傳感器、攝像頭、視頻發(fā)射器、舵機(jī)；所述電源控制攝像頭電路、舵機(jī)電路、控制器電路；所述主控制器包括單片機(jī)和通訊裝置；所述單片機(jī)控制傳感器、攝像頭和舵機(jī)；所述傳感器包括煙霧傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、熱釋紅外傳感器；所述攝像頭位于蛇形裝置頭部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述單片機(jī)為STM32單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人的蛇形裝置頭部還有話(huà)筒；所述電源控制的電路還包括話(huà)筒語(yǔ)音電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述通訊裝置為無(wú)線(xiàn)傳輸裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述傳感器采集的信息匯總給主控制器，再由主控制器傳遞給上位機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述攝像頭采集的信息直接通過(guò)視頻發(fā)射器傳給上位機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述煙霧傳感器所在的煙霧檢測(cè)電路包括LI煙霧傳感器、滑動(dòng)變阻器Rl、R2、R3、電阻R4、比較器LM358，其中，LI煙霧傳感器A端與電源相連，B端連接滑動(dòng)變阻器R1、比較器Ul的同相輸入端，電阻R4 —端接地，一端接滑動(dòng)變阻器R2的一端，滑動(dòng)變阻器R2另一端接電源，滑動(dòng)觸點(diǎn)接比較器Ul反相輸入端，比較器Ul的輸出端接滑動(dòng)變阻器R3的一端，滑動(dòng)變阻器R3另一端接地，滑動(dòng)觸點(diǎn)接輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述視頻發(fā)射器的電路包括石英晶振K315、電感L2、L3、電容Cl、C2、電阻R5、R6、晶體三極管Ql、Q2，其中，電阻R5一端連輸入、另一端連三極管Q2的基極，三極管Q2發(fā)射極接地，集電極接Ql的發(fā)射極和Cl的一端、三極管Ql基極連電阻R6的一端和石英晶振K315的一端，集電極接電感L3、電容C2一端、電容C2另一端接天線(xiàn)、電容Cl、電阻R6、石英晶振K315、電感L3、電感L2 —端相連、電感L2另一端接電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形搜救機(jī)器人，其特征在于，所述一氧化碳傳感器所在的一氧化碳檢測(cè)電路包括P1、電容C3、C4、電阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、晶閘管Q3、比較器U2，其中，Pl接一氧化碳傳感器，一個(gè)腳接比較器U2A的輸出端、C3的一端、Pl另一個(gè)腳接R7、Q3 一端、Pl還有個(gè)腳接Q3另一個(gè)輸入端及Rll —端、Q3輸出接R9、R9另一端接電源、R7 一端接R8、C3的一端、R8 一端接U2A的反相輸入端、RlO接U2A的正相輸入端、RlO另一端接地、RlI另一端接U2B的反相輸入端和R12、C4的一端、R12、C4的另一端接U2B的輸出、也是整個(gè)電路的輸出、Rl3接U2B的同相輸入端、Rl3另一端接地。
【文檔編號(hào)】B25J9/06GK204221787SQ201420700830
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】毛麗民, 曹京京, 徐本連, 盧振利, 朱培逸, 劉叔軍, 王晨希, 董柳柳, 蔡曉成, 徐星宇, 管向陽(yáng), 卞煒 申請(qǐng)人:常熟理工學(xué)院