專利名稱：一種基于遠程控制的搜救機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種基于遠程控制的搜救機器人，屬于機器人搜救領域。
背景技術：
我國是世界上災害，事故發(fā)出最多的國家之一，地震、火災，塌方，以及各類人為事故，給人民生命財產(chǎn)安全造成極大的危害。過去的幾年中，我國多災并發(fā)，災害強度大，影響范圍廣，人員傷亡多，城鎮(zhèn)受災重，民房倒塌和基礎設施損毀嚴重。特別是汶川、青海玉樹強震，甘肅舟曲特大山洪泥石流等數(shù)次重特大自然災害，造成傷亡人數(shù)之多、給我國經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全帶來嚴重影響。地震、火災、礦難等災難發(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。實際經(jīng)驗表明，超過48小時后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來越低。由于災難現(xiàn)場情況復雜，救援人員受到有害物、煙霧、灰塵和ー氧化碳等危險的情況下是很難進入現(xiàn)場開展救援工作的，救援人員通過遠程控制搜救機器人，進入災難現(xiàn)場，制搜救機器人通過無線網(wǎng)絡將攝像頭的視頻信號傳輸?shù)缴衔粰C，使搜救人員可以掌握搜救現(xiàn)場的情況，救援人員能根據(jù)傳回的信息了解現(xiàn)場情況，做出及時準確的判斷，為搜救工作帶來極大的方便。

實用新型內(nèi)容為了解決救援人員在受到有害物、煙霧、灰塵和ー氧化碳等危險的情況下進入現(xiàn)場開展救援工作，通過遠程控制搜救機器人，進入災難現(xiàn)場，制搜救機器人通過無線網(wǎng)絡將攝像頭的視頻信號傳輸?shù)缴衔粰C，使搜救人員可以掌握搜救現(xiàn)場的情況，通過熱釋電紅外傳感器和高清攝像頭配合尋找幸存者，通過機器手清除障礙物，同時向被困者輸送營養(yǎng)液。本實用新型電機驅(qū)動電路由電阻R1、R2、ニ極管D1-D8、發(fā)光二極管LED1-LED4、驅(qū)動芯片L298N、電機Ml、M2組成，其中，ニ極管Dl、D2、D3、D4陰極相接并同接VCC，Dl陽極與Ul的OUTl相接，D2陽極與Ul的0UT2相接，D3陽極與Ul的0UT3相接，D4陽極與Ul的0UT4相接，ニ極管D5-D8陽極相接并同接地，D5陰極與Ul的OUTl相接，D6陰極與Ul的0UT2相接，D7陰極與Ul的0UT3相接，D8陰極與Ul的0UT4相接，UI的NI引腳與單片機POO引腳相接，UI的IN2引腳與單片機POl引腳相接，UI的IN3引腳與單片機P02引腳相接，UI的IN4引腳與單片機P03引腳相接，LEDl的陽極接電阻Rl —端，陰極與Ul的OUTl相接，電阻Rl另一端與Ul的0UT2相接，LED2的陽極接LEDl的陰極，LED2的陰極接LEDl的陽極，電機Ml —端接LEDl的陰極，另一端與Ul的OUTl相接，LED3的陽極接電阻R2 —端，陰極與Ul的0UT3相接，電阻R2另一端與Ul的0UT4相接，LED4的陽極接LED3的陰極，LED4的陰 極接LED3的陽極，電機M2 —端接LED3的陰極，另一端與Ul的0UT4相接。Ul的ENA、ENB、SENSA、SENSB、GND 同接地。本實用新型紅外檢測電路由電阻R3-R13、電容C1-C7、紅外探測器Q1、紅外傳感信號處理器U2組成，其中，紅外探測器Ql的I腳接電源，3腳接地，2腳接I IN+，電容Cl 一端接Ql的2腳，另一端接地，電阻R4 —端接Ql的2腳，另一端接地，電阻R5 —端接地，另ー端接電阻R3 —端，電阻R3另一端接電源，電阻R6 —端接地，另一端接U2的IB端，電容C3一端接U2的IOUT端，另一端接電阻R7 —端，電阻R7另一端接電阻R8 —端，電阻R8另ー端接U2的20UT端，電容C2 —端接U2的20UT端，另一端接U2的2IN-端，電阻R9 —端接Ul的IIN-端，另一端接電容C4，電容C4的另一端接Ul的IIN-端，電阻RlO—端接Ul的IIN-端，另一端接電容C5的一端，電容C5另一端接地，電阻Rll —端接RR2端，另一端接電容C7的一端，電容C7另一端接地，電阻R12 —端接Ul的RRl端，另一端接電容C7的一端，電容C6另一端接地，電阻R13 —端接Ul的VO端，另一端接單片機的PlO端，Ul的VRF端接電源，Ul的VSS端接地，Ul的RCl端接電阻R12 —端，Ul的VDD端接電源。本實用新型煙霧檢測電路由運算放大器LM324、電阻R14-R16、滑動電阻RP1、RP2、煙霧傳感器MQl、三極管Q2組成，其中，滑動電阻RPl的I腳接電源，2腳接地，3腳接LM324的2腳，LM324的3腳接LM324的I腳，電阻R14 —端接LM324的I腳，電阻R14另一端接LM324的6腳，電阻R14 —端接LM324的6腳，另一端接LM324的7腳，電阻RP2的I腳、2腳同接LM324的5腳，3腳接地，LM324的11腳接地，LM324的4腳接電源，MQl —端接電源，一端接LM324的5腳，電阻R16 —端接電源，另一端接三極管Q2的集電極，三極管Q2的基極接LM324的7腳，三極管Q2的發(fā)射極接地。三極管Q2的集電極接單片機Pll端。本實用新型報警電路由電阻R17、三極管Q3組成，其中，蜂鳴器BUZl組成，電阻R17 一端接單片機P5，另一端接三極管Q3基板，三極管Q3集電極接地，蜂鳴器BUZl —端接電源，另一端接三極管Q3發(fā)射扱。本實用新型電源穩(wěn)壓電路由電池、自鎖開關SWl、電容C8、C9、發(fā)光二極管LED5、穩(wěn)壓芯片U3組成，其中，電源經(jīng)自鎖開關SWl連接C8與7805的輸入端，電容一端將接U3的I腳，另一端將U3的2腳，電容C9 一端接U3的2腳，另一端接U3的3腳，發(fā)光二極管LED5的陽極接U3的3腳，陰極接地。本實用新型串ロ通信電路由電平轉(zhuǎn)換芯片U4、電解電容C10-C13、電容C14和九針插孔Jl組成，其中，電容ClO的正極接芯片U2的I腳，負極接芯片U2的3腳，電容C12的正極接芯片U2的4腳，負極接芯片U2的5腳，電容C13的正極接芯片U2的7腳，負極接地，電容Cll的正極接芯片U2的2腳，負極接地，電容C14 一端接電源，另一端接地，芯片U4的16腳接電源VCC，芯片U4的15腳接地，芯片U4的14腳、13腳接插孔Jl的2腳、3腳，芯片U4的12腳、11腳分別接單片機的30端、31端，插孔的5腳接地。本實用新型單片機電路由單片機U5、晶振Y1、電容C15-C17、電阻R18、排阻JPl組成，其中，電解電容C15負極和電阻R18的一端接單片機Ul的9腳連接，電解電容C15的正極接電源VCC，電阻R18的另一端接地，電容C16的一端和晶振Yl的一端接單片機U5的18腳，電容C17的一端和晶振Yl的另一端接單片機U5的19腳，電容C16、C17的另一端接地，單片機U5的32-40腳接排阻JPl，20腳接地，31腳、40腳接VCC。本實用新型藍牙傳輸電路由藍牙模塊組成，其中，藍牙模塊的VCC引腳接地，TXD陰腳接串ロ RXD引腳，RXD陰腳接串ロ TXD引腳，藍牙模塊的GND接地。

圖1為本實用新型的示意框圖。[0014]圖2為本實用新型的側視圖(1:電機與輪子2 :單片機3 :電機驅(qū)動4 :營養(yǎng)液5 :熱釋紅外傳感器6 :攝像頭7 :機械手8 :煙霧傳感器9 :溫度傳感器)。圖3為本實用新型的電機驅(qū)動電路圖。圖4為本實用新型的紅外檢測電路圖。圖5為本實用新型的煙霧檢測電路圖。圖6為本實用新型的報警電路圖。圖7為本實用新型的電源穩(wěn)壓電路圖。
圖8為本實用新型的串ロ通信電路圖。圖9為本實用新型的單片機電路圖。圖10為本實用新型藍牙傳輸電路。
具體實施方式
一種基于遠程控制的搜救機器人，通過熱釋電紅外傳感器和高清攝像頭配合エ作，判別是否找到幸存者。通過藍牙控制搜救機器人的運動方向，當搜救機器人遇到障礙物，操作者可以根據(jù)傳輸回的視頻信息，操作機器手清除障礙物，或者使機器人避開障礙物。搜救機器人行進的同時，熱釋電紅外傳感器通過探測人體發(fā)射的IOym左右的紅外線尋找幸存者。機器人通過無線網(wǎng)絡將攝像頭的視頻信號傳輸?shù)缴衔粰C，使搜救人員可以掌握搜救現(xiàn)場的情況。如果熱釋電紅外傳感器感測到幸存者，開啟蜂鳴器報警，同時通過無線通訊模塊發(fā)送相關信息，傳送給上位機并顯示，或者搜救人員可根據(jù)視頻信息搜尋幸存者。一旦捜索到幸存者，遠程操作的人員可以適時使用車載機械手搬運覆蓋在人員身上的物體，同時可以向被困者輸送營養(yǎng)液，維持其生命，直到救護人員的到來。圖3為本實用新型的電機驅(qū)動電路圖，單片機的四個引腳分別與電機驅(qū)動的控制端ロ相連，通過遠程的控制端，可以選擇搜救車的行進速度，使之產(chǎn)生不同占空比的PWM波，分為快、慢兩檔，以便適應不同場合。當輸入信號端INl接高電平輸入端IN2接低電平，電機Ml正轉(zhuǎn)，信號端INl接低電平，IN2接高電平，電機Ml反轉(zhuǎn)。當輸入信號端IN3接高電平輸入端IN4接低電平，電機M2正轉(zhuǎn)，信號端IN3接低電平，IN4接高電平，電機M2反轉(zhuǎn)。LEDl和LED2作為電機Ml正反轉(zhuǎn)的指示，LED3和LED4作為電機M2正反轉(zhuǎn)的指示。圖4為本實用新型的紅外檢測電路圖，該搜救機器人所用的熱釋電紅外傳感器采用雙探測元的結構，紅外傳感信號處理器為BISS0001。紅外探測器采用熱釋電元件，對人體輻射出的IOum左右波長的紅外輻射非常敏感。當人體發(fā)出的微量紅外線引起熱釋電紅外傳感的內(nèi)部敏感元件溫度變化時，傳感器將在它的外接電阻R4兩端產(chǎn)生ー種微弱的電壓信號，將信號接至BISS0001的前置運算放大器同相輸入端IIN+進行放大濾波。經(jīng)第一級放大處理后從IOUT引腳輸出，由電容C3耦合至芯片內(nèi)部ニ級運放器的反相輸入端2IN-進行第二級放大，在BISS0001內(nèi)部電路作雙向鑒幅處理后有效地去觸發(fā)延時定時器。圖5為本實用新型的煙霧檢測電路圖，采用旁熱式煙霧傳感器MQ1，在沒有煙霧的情況下，傳感器的組織為20K左右，煙霧進入時其阻值急劇下降，使其壓降降低。從傳感器上端出來的信號Vi經(jīng)過運算放大器的同相輸入端，但是為了保證引入的是負反饋，輸出電壓Vo通過電阻R15接到反相輸入端，同時，反相輸入端通過電阻R14接到參考電壓Vref，由于引入深度電壓串聯(lián)負反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對前端電路的影響，同時低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性。該放大電路還加入了參考電壓，引入了零點調(diào)節(jié)功能，產(chǎn)生ー個參考電壓Vref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運算放大電路的電壓參考端。調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以直接改變放大電路的參考電壓，電壓跟隨器用來匹配阻抗，防止R14和R15對滑動變阻器輸出電壓的影響。圖6為本實用新型的報警電路圖，當熱釋電傳感器檢測到幸存者時，程序控制報警器將端ロ電平置0，PNP三極管導通，蜂鳴器得電開始報警，可以幫助搜救人員更快到達目的地。圖7為本實用新型的電源穩(wěn)壓電路圖，電源使用7. 4V 5000mAh的大容量鋰電池，在直接供給電機驅(qū)動的同吋，并聯(lián)使用7805進行穩(wěn)壓，使輸出5V電源提供給單片機和無線通訊裝置工作。7805的輸入端使用IOuF電容C8進行電源濾波，輸出端使用電容C9來消除輸出紋波，保證元器件的正常工作不受電源干擾。圖8為本實用新型的串ロ通信電路圖，采用了專用芯片MAX232進行是RS232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換，采用三線制連接串ロ，9針串ロ只連接其中的3根線第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。圖9為本實用新型的單片機電路圖，單片機選用宏晶科技生產(chǎn)高速、低功耗、超強抗干擾的STC89C516RD+ —款單片機為本實例的核心，與其他各電路相連，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。 圖10為本實用新型藍牙傳輸電路，無線通訊是以hc-06藍牙透傳模塊為基礎，該模塊含有信號增強天線，數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，穿透性強。遠程控制搜救機器人通過熱釋電紅外傳感器和高清攝像頭配合工作，判別是否找到幸存者。打開搜救機器人的電源，進行遠程控制連接，用戶通過電腦鍵盤或者鼠標控制機器人的運動方向。單片機根據(jù)接收到的無線信號，控制電機從而控制搜救機器人的運動狀態(tài)。當搜救機器人遇到障礙物，操作者可以通過視頻操作機器手清除障礙物，或者使機器人避開障礙物。搜救車行進的同時熱釋電紅外傳感器通過探測人體發(fā)射的10 左右的紅外線尋找幸存者。機器人通過無線網(wǎng)絡將攝像頭的視頻信號傳輸?shù)缴衔粰C，使搜救人員可以掌握搜救現(xiàn)場的情況。如果熱釋電紅外傳感器感測到幸存者，開啟蜂鳴器報警，同時通過無線通訊模塊發(fā)送相關信息，傳送給上位機并顯示，或者用戶可通過視頻信息搜尋幸存者。一旦搜索到，遠程操作的人員可以適時使用車載機械手搬運覆蓋在人員身上的建筑物，同時可以控制向被困者輸送營養(yǎng)液。
權利要求1.一種基于遠程控制的搜救機器人，其特征在于，包括單片機、電機裝置、溫度傳感器、煙霧傳感器、串ロ通信電路、報警裝置、藍牙傳輸電路、機械手、攝像頭、營養(yǎng)液和熱釋紅外裝置，紅外熱釋裝置、溫度傳感器和煙霧傳感器分別將采集信息傳遞給單片機，單片機分別控制電機裝置、報警裝置、串ロ通信電路、機械手、攝像頭和營養(yǎng)液。
2.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述電機裝置包括電機控速元件、電機驅(qū)動電路和電機組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，單片機電路POO、P01、P02、P03分別與電機驅(qū)動電路的控制極相接，單片機PlO與熱釋紅外裝置電路相接，單片機電路Pll與煙霧檢測電路相接，單片機電路P04與溫度傳感電路相接，單片機電路P30、P31與串ロ通信電路相接。
4.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述電機驅(qū)動電路由電阻Rl、R2、ニ極管D1-D8、發(fā)光二極管LED1-LED4、驅(qū)動芯片L298N、電機Ml、M2組成，其中，ニ極管Dl、D2、D3、D4陰極相接并同接VCC, Dl陽極與Ul的OUTl相接，D2陽極與Ul的0UT2相接，D3陽極與Ul的0UT3相接，D4陽極與Ul的0UT4相接，ニ極管D5-D8陽極相接并同接地，D5陰極與Ul的OUTl相接，D6陰極與Ul的0UT2相接，D7陰極與Ul的0UT3相接，D8陰極與Ul的0UT4相接，UI的NI引腳與單片機POO引腳相接，UI的IN2引腳與單片機POl引腳相接，UI的IN3引腳與單片機P02引腳相接，UI的IN4引腳與單片機P03引腳相接，LEDl的陽極接電阻Rl —端，陰極與Ul的OUTl相接，電阻Rl另一端與Ul的0UT2相接，LED2的陽極接LEDl的陰極，LED2的陰極接LEDl的陽極，電機Ml —端接LEDl的陰極，另一端與Ul的OUTl相接，LED3的陽極接電阻R2 —端，陰極與Ul的0UT3相接，電阻R2另一端與Ul的0UT4相接，LED4的陽極接LED3的陰極，LED4的陰極接LED3的陽極，電機M2 —端接LED3的陰極，另一端與 Ul 的 0UT4 相接，Ul 的 ENA、ENB、SENSA、SENSB、GND 同接地。
5.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述熱釋紅外裝置電路由電阻R3-R13、電容C1-C7、紅外探測器Q1、紅外傳感信號處理器U2組成，其中，紅外探測器Ql的I腳接電源，3腳接地，2腳接IIN+,電容Cl 一端接Ql的2腳，另一端接地，電阻R4 一端接Ql的2腳，另一端接地，電阻R5 —端接地，另一端接電阻R3 —端，電阻R3另一端接電源，電阻R6 —端接地，另一端接U2的IB端，電容C3 —端接U2的IOUT端，另一端接電阻R7 —端，電阻R7另一端接電阻R8 —端，電阻R8另一端接U2的20UT端，電容C2 —端接U2的20UT端，另ー端接U2的2IN-端，電阻R9 —端接Ul的IIN-端，另一端接電容C4，電容C4的另一端接Ul的IIN-端，電阻RlO —端接Ul的IIN-端，另一端接電容C5的一端，電容C5另一端接地，電阻Rll —端接RR2端，另一端接電容C7的一端，電容C7另一端接地，電阻R12 —端接Ul的RRl端，另一端接電容C7的一端，電容C6另一端接地，電阻R13 —端接Ul的VO端，另ー端接單片機的PlO端，Ul的VRF端接電源，Ul的VSS端接地，Ul的RCl端接電阻R12 —端，Ul的VDD端接電源。
6.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述煙霧傳感器電路由運算放大器LM324、電阻R14-R16、滑動電阻RP1、RP2、煙霧傳感器MQ1、三極管Q2組成，其中，滑動電阻RPl的I腳接電源，2腳接地，3腳接LM324的2腳，LM324的3腳接LM324的I腳，電阻R14一端接LM324的I腳，電阻R14另一端接LM324的6腳，電阻R14 —端接LM324的6腳，另一端接LM324的7腳，電阻RP2的I腳、2腳同接LM324的5腳，3腳接地，LM324的11腳接地，LM324的4腳接電源，MQl —端接電源，一端接LM324的5腳，電阻R16 —端接電源，另ー端接三極管Q2的集電極，三極管Q2的基極接LM324的7腳，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極接單片機Pll端。
7.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述報警電路由電阻R17、三極管Q3組成，其中，蜂鳴器BUZl組成，電阻Rl7 —端接單片機P5，另一端接三極管Q3基極，三極管Q3集電極接地，蜂鳴器BUZl —端接電源，另一端接三極管Q3發(fā)射極。
8.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述單片機電路由單片機U5、晶振Y1、電容C15-C17、電阻R18、排阻JPl組成，其中，電解電容C15負極和電阻R18的一端接單片機Ul的9腳連接，電解電容C15的正極接電源VCC，電阻R18的另一端接地，電容C16的一端和晶振Yl的一端接單片機U5的18腳，電容C17的一端和晶振Yl的另一端接單片機U5的19腳，電容C16、C17的另一端接地，單片機U5的32-40腳接排阻JPl，20腳接地，31腳、40腳接VCC。
9.根據(jù)權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述藍牙傳輸電路由藍牙模塊組成，其中，藍牙模塊的VCC引腳接地，TXD引腳接串ロ RXD引腳，RXD引腳接串ロ TXD引腳，藍牙模塊的GND接地。
專利摘要本實用新型公開了一種基于遠程控制的搜救機器人包括電機驅(qū)動電路、紅外檢測電路、煙霧檢測電路、報警電路、電源穩(wěn)壓電路、串口通信電路、單片機電路、藍牙傳輸電路，搜救機器人在搜索過程中通過熱釋電紅外傳感器和高清攝像頭的配合，判別是否找到幸存者。通過藍牙傳輸電路，電腦可以遠程控制搜救機器人的運動方向，機器人通過無線網(wǎng)絡將攝像頭的視頻信號傳輸?shù)缴衔粰C，使搜救人員可以掌握搜救現(xiàn)場的情況。當搜救機器人遇到障礙物，可以根據(jù)傳輸信息，操作機器手清除障礙物，或者使機器人避開障礙物。一旦熱釋電紅外傳感器感測到幸存者，蜂鳴器開始報警。遠程操作的人員可以適時使用車載機械手搬運覆蓋在幸存者身上的物體，同時向被困者輸送營養(yǎng)液，維持其生命。
文檔編號G05B19/042GK202870536SQ201220591370
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權日2012年11月12日
發(fā)明者毛麗民, 徐文偉, 劉叔軍, 吳余生, 彭偉偉, 浦宇歡, 牛賀, 施婉 申請人:常熟理工學院