一種救災(zāi)機器人及其控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種救災(zāi)機器人及其控制裝置，該救災(zāi)機器人控制裝置，包括智能規(guī)避設(shè)備、信息采集與探測設(shè)備和遠程控制設(shè)備，所述智能規(guī)避設(shè)備、信息采集與探測設(shè)備和遠程控制設(shè)備均與主控制器連接，所述智能規(guī)避設(shè)備包括超聲測距傳感器和光電開關(guān)，所述信息采集與探測設(shè)備包括瓦斯氣體檢測傳感器、溫度傳感器、熱釋電傳感器和火焰?zhèn)鞲衅?，所述遠程控制設(shè)備與遠程控制臺進行無線連接。本實用新型還提供一種救災(zāi)機器人。本實用新型提供的救災(zāi)機器人控制裝置可擴展空間大，利用的設(shè)備較多，可以從多個方面實現(xiàn)搜救效果，通過該機器人可以實現(xiàn)設(shè)計者做希望的各種動作和任務(wù)；從任務(wù)的實現(xiàn)過程中可以使設(shè)計者的各種能力得到進一步的訓(xùn)練和提高。
【專利說明】一種救災(zāi)機器人及其控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種救災(zāi)機器人及其控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，在逐漸地從物質(zhì)追求到精神層次過渡。世界上很多研究機構(gòu)正試圖研究能夠代替人為操作的各種機器人，但這一構(gòu)想被迅速應(yīng)用到了災(zāi)難救援，目前為止已有很多救援機器人應(yīng)用于抗震救災(zāi)工作中。特別是在宇宙探測、軍事、排爆等高危行業(yè)，其應(yīng)用需求急劇上漲，另外在探險、救災(zāi)、排爆等領(lǐng)域人與機器人的合作越來越多，不僅有效避免了傷亡的危險更重要的是機器人能做到人性化，在其中起到了舉足輕重的地位。
[0003]2008年我國汶川地震，在這期間全世界不知有多少自然災(zāi)害發(fā)生，這些災(zāi)害給人們帶來的是巨大的經(jīng)濟損失和慘痛的傷亡。雖然我們無法阻止自然災(zāi)害的發(fā)生，但是我們可以盡最大的努力減少損失和傷亡，那么對于救災(zāi)后的救援就顯得尤為重要。
[0004]當(dāng)然，我們知道災(zāi)后環(huán)境錯綜復(fù)雜，二次災(zāi)害會隨時發(fā)生，這對救援工具的要求是一種挑戰(zhàn)。因此救援機器人的參與大大降低了救援危險，救援機器人在信息探測特別是對生命跡象的探測起到了舉足輕重的作用。目前，很多國家都在試圖研究和改良更加人性化的機器人，發(fā)展空間很大。
實用新型內(nèi)容
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種救災(zāi)機器人及其控制裝置，以單片機為主控平臺，可擴展空間大，利用的設(shè)備較多，可以從多個方面實現(xiàn)搜救效果。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種救災(zāi)機器人控制裝置，包括智能規(guī)避設(shè)備、信息采集與探測設(shè)備和遠程控制設(shè)備，所述智能規(guī)避設(shè)備、信息采集與探測設(shè)備和遠程控制設(shè)備均與主控制器連接，所述智能規(guī)避設(shè)備包括超聲測距傳感器和光電開關(guān)，所述信息采集與探測設(shè)備包括瓦斯氣體檢測傳感器、溫度傳感器、熱釋電傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳎鲞h程控制設(shè)備與遠程控制臺進行無線連接。
[0008]更進一步的，瓦斯氣體檢測傳感器、溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱统暅y距傳感器與主控制器集成為一個模塊，安裝在金屬底座上；所述光電開關(guān)和熱釋電傳感器設(shè)置在機器人的機械臂頂端。
[0009]更進一步的，瓦斯氣體檢測傳感器為MH440甲烷傳感器，所述火焰?zhèn)鞲衅鳛镽2868火焰?zhèn)鞲衅?，所述溫濕度傳感器為AM2301模塊。
[0010]更進一步的，遠程控制設(shè)備采用nRF24L01芯片，所述遠程控制臺由單片機，以及連接在單片機上的外擴電源插針、電源指示燈電路、12864液晶屏、nRF24L01芯片和獨立按鍵電路組成。
[0011]更進一步的，主控制器為ATMegal6芯片。
[0012]一種救災(zāi)機器人，包括金屬底座和機械臂，所述金屬底座兩側(cè)設(shè)有雙履帶傳動機構(gòu)，并由四輪驅(qū)動帶動，所述雙履帶傳動機構(gòu)包括主履帶和在垂直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動不同角度的擺臂履帶，所述機械臂采用蛇形機械臂，并由兩個舵機控制，機械臂的前端設(shè)有一個抓手結(jié)構(gòu)的載物臺。
[0013]更進一步的,雙履帶傳動機構(gòu)由2個主履帶和2個擺臂履帶組成,所述主履帶由金屬底座后邊的兩個電機作為驅(qū)動輪，兩電機并不同軸，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，金屬底座靠近擺動臂的位置安裝有兩個主履帶從動輪，并且安裝有一個同軸電機控制擺動臂在垂直方向的自由度，電機驅(qū)動為L298N驅(qū)動模塊。
[0014]有益效果:本實用新型提供的救災(zāi)機器人控制裝置可擴展空間大，利用的設(shè)備較多，可以從多個方面實現(xiàn)搜救效果，通過該機器人可以實現(xiàn)設(shè)計者做希望的各種動作和任務(wù)；從任務(wù)的實現(xiàn)過程中可以使設(shè)計者的各種能力得到進一步的訓(xùn)練和提高；本實用新型提供的救災(zāi)機器人采用蛇形機械臂，改進了其控制原理，通過通過單片機實現(xiàn)了機械臂上舵機的靈活運轉(zhuǎn)，舵機使機械臂轉(zhuǎn)動不同的角度方便救援；本實用新型雙履帶結(jié)構(gòu)及蛇形機械臂前端的載物臺，能方便實現(xiàn)運送救援物品(食物、水、通信設(shè)備等)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型提供的一種救災(zāi)機器人控制裝置原理結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本實用新型雙履帶結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本實用新型超聲波測距電路圖。
[0018]圖4為甲烷傳感器電路圖。
[0019]圖5為生命探測模塊電路圖。
[0020]圖6為AM2301溫濕度檢測模塊電路圖。
[0021 ]圖7為R2868火焰?zhèn)鞲衅麟娐穲D。
[0022]圖8為無線通信模塊電路圖。
[0023]圖9為L298N電機驅(qū)動電路圖。
[0024]圖10為遠程控制臺電路圖。
[0025]圖11為ATmegal6最小系統(tǒng)電路圖。
[0026]圖12為本實用新型提供的救災(zāi)機器人控制裝置總電路圖。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0028]如圖1所示，本實用新型提供的一種救災(zāi)機器人控制裝置，包括主控制器、智能規(guī)避設(shè)備、信息采集與探測設(shè)備和遠程控制設(shè)備。
[0029](I)智能規(guī)避設(shè)備
[0030]智能規(guī)避設(shè)備采用超聲測距傳感器和光電開關(guān)檢測障礙物，本實用新型提供的機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方便小車行走傳動越障，其金屬底座采用質(zhì)量剛性較好的合金組成，采用雙履帶傳動機構(gòu)，并由四輪驅(qū)動帶動，如圖2所示，雙履帶傳動機構(gòu)由2個主履帶和2個擺臂履帶組成，其中擺臂履帶可以在垂直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動不同角度。主履帶主要由金屬底座后邊的2個電機作為驅(qū)動輪，兩電機并不同軸，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。前邊靠近擺動臂的位置安裝一個同軸電機，主要來控制擺動臂在垂直方向的自由度，而此處的主履帶只安裝2個從動輪，與后邊的驅(qū)動輪構(gòu)成一個獨立的傳動系統(tǒng)。
[0031]本實用新型提供的救災(zāi)機器人機械臂采用蛇形機械臂，并由兩個舵機控制，機械臂的前端設(shè)有一個抓手結(jié)構(gòu)的載物臺以方便實現(xiàn)運送救援物品。本實用新型電機驅(qū)動使用的是L298N模塊，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，可以接受TTL邏輯電平信號，可以驅(qū)動本設(shè)計使用的電機。其中其引腳IN1、IN2、ENA通過邏輯控制功能實現(xiàn)控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動、停止，如圖9所示。
[0032]本實用新型光電開關(guān)設(shè)置在機械臂頂端，與主控制器相連接，光電開關(guān)檢測到障礙物時，此時可以調(diào)整救援機器人的前進方向，順利避開障礙；超聲測距傳感器設(shè)置在金屬底座上，其與主控制器的電路連接結(jié)構(gòu)如圖3所示，超聲測距傳感器通過聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，等超聲波接收器接收到后，記錄這一時間便可以計算出距離。具體的時間計算是，當(dāng)超聲波發(fā)生器發(fā)出后開始計時，到接收到超聲波后為止；再根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度計算出救援機器人到障礙物的距離。
[0033](2)信息采集與探測設(shè)備
[0034]信息采集與探測設(shè)備包括瓦斯氣體檢測傳感器、溫度傳感器、熱釋電傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳌?br> [0035]瓦斯氣體檢測傳感器采用MH440甲烷傳感器，MH-440V/D紅外氣體傳感器是通用型、智能型、微型傳感器，該傳感器利用非色散紅外(NDIR)原理對空氣中存在的CH4進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩(wěn)定、壽命長。內(nèi)置溫度傳感器，可進行溫度補償。該傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術(shù)與微型機械加工、精良電路設(shè)計緊密結(jié)合，制作出的小巧型紅外氣體傳感器，其電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0036]熱釋電傳感器為本實用新型的生命探測儀，設(shè)置在機械臂頂端，與主控制器相連接。熱釋電紅外傳感器的探測元通過菲涅爾透鏡聚焦到人體輻射的紅外線時，傳感器的電路中的就會產(chǎn)生電壓信號，該信號要經(jīng)過帶通濾波器處理，此濾波器是有電容和電阻組成的邏輯電路。濾波器的上限截止頻率和下線截止范圍在16HZ-0.16Hz之間。由于熱釋電傳感器感測到的電壓信號通常比較微弱，而由于菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式，被感測到的受困者一般是靜止不動的或者其移動十分微小，為此我們要對感應(yīng)的輸出電壓進行放大。在本設(shè)計中使用了具有高性能的傳感信號集成電路模塊，在電路設(shè)計中使用了少量外圍元器件并合理的將熱釋電紅外傳感器設(shè)計在其中，其靜態(tài)電流極小，電路圖如圖5所示。
[0037]本實用新型采用AM2301模塊進行溫濕度傳感器對現(xiàn)場溫濕度進行實時監(jiān)測，如圖6所示，采用R2868火焰?zhèn)鞲衅鬟M行火焰監(jiān)測，如圖7所示。本實用新型瓦斯氣體檢測傳感器、溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱统暅y距傳感器與主控制器集成為一個模塊，安裝在金屬底座上。
[0038](3)遠程控制設(shè)備
[0039]本實用新型采用nRF24L01芯片，該芯片超低功耗(發(fā)送10.5mA_5dBm、接收18mA-10dBm)o nRF24L01支持多點間通信，它采用Soc方法設(shè)計，最高傳輸速率超過IMbit/S，需要極少的外圍電路，且沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，工作電壓范圍寬(1.9V到3.6V)，基于nRF24L01的工作原理，自行設(shè)計了無線收發(fā)電路，完全可以達到設(shè)計的要求。更為重要的是nRF24L01性價比極高，受到很多業(yè)界的好評。該芯片的工作電壓由VDD經(jīng)三處電容我們可以設(shè)為C1-C3處理后提供；當(dāng)晶振設(shè)為16MHz時，其通信速率為IMbps ;不可或缺的還有天線部分，主要用來進行信息的轉(zhuǎn)換。在本模塊中用來將電磁波信號轉(zhuǎn)換為電平信號輸入芯片nRF24L01的ANT1、ANT2管腳，反之也可以將電平信號轉(zhuǎn)換為電磁信號。其原理圖如圖8所示。
[0040](4)遠程控制臺
[0041]如圖10所示，遠程控制臺的設(shè)計主要是由無線接收模塊、液晶顯示屏、控制器按鍵等組成。實現(xiàn)接收救援機器人傳回的信息，并在液晶屏上顯示出來，其信息主要包括:環(huán)境溫度、是否有火焰、是否有幸存者、有害氣體濃度等。另外在液晶屏模塊上置有按鍵可控制救援機器人的啟動、轉(zhuǎn)彎、停止。本模塊的主控制器為51單片機最小系統(tǒng)，還包括了 ISP接口、外擴電源插針模塊、電源指示燈電路、12864液晶屏接口、nRF24L01接口、獨立按鍵電路。
[0042](5)主控制器
[0043]本實用新型主控制器采用ATMegaie芯片，該芯片支持JTAG仿真，是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，其最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、ISP接口、JTAG接口、PA?H)四個端口全部引出。AVR單片機自身帶有PWM功能和AD轉(zhuǎn)換功能，具有內(nèi)嵌16k FLASH,處理速度高，而且可以直接輸出兩路PWM、中斷處理能力強，運算速度快，驅(qū)動能力強，性價比高，符合低功耗標(biāo)準(zhǔn)，ATmegal6最小系統(tǒng)電路圖如圖11所示。
[0044]本實用新型提供的一種救災(zāi)機器人控制裝置總電路圖如圖12所示。以AVR單片機作為主控制器實現(xiàn)了自動躲避障礙物尋找通道并通過傳感器，無線發(fā)射模塊等進行探測現(xiàn)場火焰、溫度、感應(yīng)是否有幸存者等現(xiàn)場信息；以AT89S52單片機為主的遠程控制模塊進行信息的傳遞。在此基礎(chǔ)上本救援機器人還相應(yīng)的擴展了機械手結(jié)構(gòu)、履帶傳動等，使救援人員快速合理的制定救援方案。
[0045]實現(xiàn)以下功能:
[0046]1、自動躲避障礙物:類似于人在復(fù)雜環(huán)境中探索前進自動躲避障礙物并順利通過；
[0047]2、自動尋找通道:在探索前進的過程中尋找通道；
[0048]3、生命探測模塊:該機器人能夠通過熱釋電傳感器(或擴展為更準(zhǔn)確的紅外熱成像，光纖探頭，攝像頭等)搜尋到人并能報警通知搜救人員；
[0049]4、實時監(jiān)測現(xiàn)場溫濕度及時無線傳送給搜救人員；
[0050]5、實時監(jiān)測現(xiàn)場是否有瓦斯氣體(一氧化碳、甲烷)泄露，現(xiàn)場有瓦斯氣體泄露及時無線傳給搜救人員；
[0051]6、無線傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)給搜救人員并可以實現(xiàn)遠程控制；
[0052]7、機械臂輔助前進越障并攜帶通訊設(shè)備和少量食物。
[0053]通過該機器人可以實現(xiàn)設(shè)計者做希望的各種動作和任務(wù)；從任務(wù)的實現(xiàn)過程中可以使設(shè)計者的各種能力得到進一步的訓(xùn)練和提高。
[0054]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種救災(zāi)機器人控制裝置，其特征在于:包括智能規(guī)避設(shè)備、信息采集與探測設(shè)備和遠程控制設(shè)備，所述智能規(guī)避設(shè)備、信息采集與探測設(shè)備和遠程控制設(shè)備均與主控制器連接，所述智能規(guī)避設(shè)備包括超聲測距傳感器和光電開關(guān)，所述信息采集與探測設(shè)備包括瓦斯氣體檢測傳感器、溫度傳感器、熱釋電傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳎鲞h程控制設(shè)備與遠程控制臺進行無線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種救災(zāi)機器人控制裝置，其特征在于:所述瓦斯氣體檢測傳感器、溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱统暅y距傳感器與主控制器集成為一個模塊，安裝在金屬底座上；所述光電開關(guān)和熱釋電傳感器設(shè)置在機器人的機械臂頂端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種救災(zāi)機器人控制裝置，其特征在于:所述瓦斯氣體檢測傳感器為MH440甲烷傳感器，所述火焰?zhèn)鞲衅鳛镽2868火焰?zhèn)鞲衅鳎鰷貪穸葌鞲衅鳛锳M2301 模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種救災(zāi)機器人控制裝置，其特征在于:所述遠程控制設(shè)備采用nRF24L01芯片，所述遠程控制臺由單片機，以及連接在單片機上的外擴電源插針、電源指示燈電路、12864液晶屏、nRF24L01芯片和獨立按鍵電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種救災(zāi)機器人控制裝置，其特征在于:所述主控制器為ATMegal6 芯片。
6.一種采用權(quán)利要求1所述控制裝置的救災(zāi)機器人，包括金屬底座和機械臂，其特征在于:所述金屬底座兩側(cè)設(shè)有雙履帶傳動機構(gòu)，并由四輪驅(qū)動帶動，所述雙履帶傳動機構(gòu)包括主履帶和在垂直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動不同角度的擺臂履帶，所述機械臂采用蛇形機械臂，并由兩個舵機控制，機械臂的前端設(shè)有一個抓手結(jié)構(gòu)的載物臺。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種救災(zāi)機器人控制裝置，其特征在于:所述雙履帶傳動機構(gòu)由2個主履帶和2個擺臂履帶組成，所述主履帶由金屬底座后邊的兩個電機作為驅(qū)動輪，兩電機并不同軸，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，金屬底座靠近擺動臂的位置安裝有兩個主履帶從動輪，并且安裝有一個同軸電機控制擺動臂在垂直方向的自由度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種救災(zāi)機器人控制裝置，其特征在于:所述電機驅(qū)動為L298N驅(qū)動模塊。
【文檔編號】B25J5/00GK204076266SQ201420476357
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】賈榮叢, 高坤, 王志, 王興建, 秦緒杰 申請人:濱州學(xué)院