一种基于地震搜救机器人的人体热释红外检测引导方案
主动红外探测式视觉生命探测系统
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｉｕ Ｉ ｉｅｄ ｔ ｃｉ ｎ ｓ ｓｅ Ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｓ ｅｒ ｓ ｕ ｃ ｎ ｆ ｒ ｈ ａ ｈ ｕ ｋ ａ Ｗ ｓｒ ｃ ： ｖ ｓ ａ ｌ ｅ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｅｉ ｔ ｅ ｃ ｅｓ ｅ ｅａ ｔ ｅｅ ￣ ｑ ａ ｅｔ ｔ Ｓ Ｏ ｆ ｏ Ｓ ｏ ｎ ｈ ｅｔ ｈ １ｌ ｉ ｕ ｎ ｎ ｅａ ｄ ｃ ｍｐ ｅ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｈ ｎ ｅ Ｔｈ ｙ ｔｍ ｏ ｓｓｓｏ ａ ｅａ ｑ ｉｉ ｏ ， ｍａ ｅｔａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｌ ｍｉ ａ ｃ ｎ ｏ ｌ ｘｔ ｌ ｅ ｅ ａｕ ｅｃ ａ ｇ ． ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｉｔ ｆｉ ｇ ｃ ｕ ｓ ｉｎ ｉ ｇ ｎ ｍｉｓｏ ， ｍ ｔ ｒ ｉ ｇ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ｄ ｓ ｌ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ． ｈ ｎ ｔ ｅｉ ｕ ｎ ｎ ｅｏ ｅｒ ｓ ｕ ｃ ｎ ｓ ｏ ｌｓ ａ ． ， ｍａ ｅｐ ｏ ｅ ｓｎ ｎ ｉｐ ａ ， ｏ ｔ ｓｅ Ｗ ｅ ｌ ｍｉ ａ ｃ ｆ ｈ ｅ ｃ ｅ ｓ ｅ ｅ ｉ ｎ ｅ ｓｔ ｎ １０Ｉ ｏ ｓ ｈ ｌ ｔ ｈ ｘ
基于手机探测定位救灾系统的设计与研究
基于手机探测定位救灾系统的设计与研究江汇;金飞;姚承宗;何志聪;邓兴国【摘要】A relief system based on phone detecting and positioning is studied and designed. For detection problem,life detection module of this system uses signals of phones to detect life indirectly in affected areas, and then outputs a detection report. For rescue problem ,rescue module analyzes the detection report and locates the target phone by using triangle centroid algorithm. Then the module calculates the shortest path by using Floyd algorithm. This system is designed to use phone detecting and positioning technology, which is more effective and costs lower than directly detecting. The system also combines positioning and shortest path rescue, which gets faster and better.%设计与研究了一种基于手机探测定位的救灾系统。
针对探测问题，该系统中的探测模块采用手机探测信号的办法间接地进行受灾区的生命探测，并生成探测报告。
针对救援问题，搜救模块分析处理探测报告。
移动传感网的地震受灾人员自动探测机器人设计
第１６卷第３期２０１６年９月浙江树人大学学报ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＳＨＵＲＥＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶｏｌ．１６，Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２０１６收稿日期：２０１６－０８－２１基金项目：２０１５年度国家级大学生创业创新训练项目（２０１５１１８４２００４）；浙江省公益性技术应用研究计划项目（２０１６Ｃ３３０３８）作者简介：卢贤贯，男，浙江温州人，浙江树人大学信息科技学院电子信息工程专业２０１３级本科生．指导教师：陈友荣．移动传感网的地震受灾人员自动探测机器人设计卢贤贯，张 磊，陈友荣，陈俊洁（浙江树人大学信息科技学院，浙江杭州３１００１５）摘 要：针对地震救灾常用设备价格昂贵、依靠进口、需要人工操作等问题，设计一种基于移动传感网的地震受灾人员自动探测机器人，用于协助搜救地震受灾人员．设计由电机驱动模块、蜂鸣器报警模块、电源供电模块、北斗定位模块、ＳＴＭ３２单片机模块、ＣＣ２５３０无线射频模块、超声波测距模块、１６０２液晶显示模块、红外人体感应模块和转向舵机模块组成机器人硬件方案，通过Ｃ语言软件设计实现机器人的自动探测功能．试验表明：该机器人实现了预期的功能，具有一定的应用价值．关键词：ＳＴＭ３２Ｆ１微处理器；移动传感网；人员探测；手持式终端中图分类号：ＴＰ２４２．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－２７１４（２０１６）０３－０００１－０６０ 引 言地震造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失，且其造成的社会影响较其他自然灾害更为广泛、强烈，往往会产生一系列的连锁反应，对于一个地区甚至一个国家的社会生活和经济活动造成巨大的冲击．我国地震预报水平较差，人员伤亡重大，因此，灾难的及时救援显得非常重要．目前地震救灾常用的设备是生命探测仪，主要通过人体发出的超低频电波产生的电场（心脏产生）找到“活人”位置，可探测到人体而对其他动物等不起作用，具有很强的针对性．但生命探测仪价格昂贵，主要依靠进口，且需要人员进入一线灾区进行搜救探测；在救灾周期长、危险性大、伤亡人数多的情况下，救援效率较低，会延误救援最佳时期．因此，研究基于移动传感网的地震受灾人员自动探测机器人意义重大．自动探测机器人可在行进过程中，通过热释电红外传感器进行人体信号的采集，利用超声波探测周围障碍物的距离信息．通过舵机的旋转采集四周人体信号与机器人周围的障碍物信息，并进行避障．当热释电红外传感器采集到人体信息时，机器人停止运动，舵机停止摆动，采集机器人与受灾人员的距离信息和北斗定位模块的经纬度，将人体位置信息存储到内存，并利用蜂鸣器进行报警．之后再次前进并进行搜索．当救援人员进入受灾区域后，可利用手持式设备查看探测信息并及时实施救援，从而实现自动探测机器人协助搜救地震灾区受灾人员，大大提高救援效率．１ 设计方案自动探测搜救机器人主要由电机驱动模块和蜂鸣器报警模块、电源供电模块、北斗定位模块、ＳＴＭ３２单片机模块、ＣＣ２５３０无线射频模块、超声波测距模块、１６０２液晶显示模块、红外人体感应模块和转向舵机模块组成（图１）．其中，电机驱动模块实现对电机的驱动来控制机器人的运动；蜂鸣器报警模块实现报警功能，当搜寻到人体信号之后进行报警；北斗定位模块实时定位车辆的地理坐标信息；１６０２液晶显示模块实现相关信息的显示；ＣＣ２５３０无线射频模块接收手持式终端的查询信息，实现人体数据的上报；超声波测距模块实现周围障碍物的检测，并且在搜寻到人体之后测量人体与机器人的距离；红外人体感应模块采用热释电红外传感器，实现对人体目标的搜寻；转向舵机模块采用ＳＧ９０舵机，实现传感器的旋转搜寻；ＳＴＭ３２单片机模块采用图１ 自动探测机器人硬件结构ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６微处理器芯片，是搜救机器人控制与信息处理核心，对搜救机器人进行行动控制并且对采集到的搜救数据进行分析、处理、转发和显示．［１，２］２ 硬件设计系统的硬件设计主要包括相关元器件、芯片和模块的选型以及主控电路板原理．２．１ 硬件选型ＳＴＭ３２单片机模块采用意法半导体公司的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６微处理器．采用ＡＲＭ ３２位Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核，其特点是运行速度快，片内集成资源丰富．最高工作频率７２ＭＨｚ．片上集成５１２ＫＢ的Ｆｌａｓｈ存储器和６４ＫＢ的ＳＲＡＭ存储器．［３］北斗定位模块采用ｕ－ｂｌｏｘ公司的ＮＥＯ－６ＭＧＰＳ模块，自带ＥＥＰＲＯＭ，可以用于保存模块的配置信息，便于自动探测机器人功能扩展时保存不同的配置要求，非常适合自动探测机器人定位系统设计以及后期的功能拓展．舵机模块采用辉盛公司的ＳＧ９０舵机．超声波测距模块与红外人体感应模块固定在舵机上，搜索机器人周围的人体红外信息与机器人周围的障碍物信息，选用大森伟业的ＨＣ－ＲＳ０超声波模块，可提供２～４００ｃｍ的非接触式距离感测功能，测距精度可达到３ｍｍ；人体红外传感器采用文笙隆科技的ＨＣ－ＳＲ５０１人体感应模块，是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口ＬＨＩ７７８探头设计，灵敏度高，可靠性强；无线通信模块选用亿道电子的ＣＣ２５３０模块，使用ＴＩ当下主流ＺｉｇＢｅｅ解决方案中推荐的处理器ＣＣ２５３０，内置增强型８０５１单片机，含有丰富的Ｉ／Ｏ端口、内置温度传感器、Ａ／Ｄ和各种常用外围接口（定时器、ＵＡＲＴ、ＤＭＡ、中断），符合ＩＥＥＥ ８０２．１５．４／ＺｉｇＢｅｅ标准协议，符合系统的通信需求．［４］２．２ ＳＴＭ３２单片机模块ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６单片机拥有１４４个管脚，具有很强的可拓展能力．ＳＴＭ３２单片机最小系统（图２）中包含７２ＭＨｚ晶振电路和３２．７６８ｋＨｚ晶振电路，具有独立供电电源电路和滤波电路．图２ ＳＴＭ３２单片机最小系统２浙江树人大学学报２０１６年图３ 电机驱动模块电路图２．３ 电机驱动模块图３为电机驱动模块电路原理图．机器人采用直条双轴减速马达四轮驱动机器人前进、转弯与后退．由于ＳＴＭ３２单片机驱动能力不够，采用２个Ｌ２９８Ｎ芯片驱动４个直条双轴减速马达．ＳＴＭ３２微处理器通过控制Ｌ２９８Ｎ的ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３、ＩＮ４控制左前和右前两个电机的正反转，输出ＰＷＭ控制ＥＮＡ、ＥＮＢ两个电机转速；ＩＮ５、ＩＮ６、ＩＮ７、ＩＮ８控制左后和右后两个电机的正反转，输出ＰＷＭ控制ＥＮＣ、ＥＮＤ两个电机转速．２．４ 相关模块电路接口图图４是外围接口电路原理图，依次包含舵机模块接口、超声波模块接口、北斗定位模块接口、人体红外模块接口、ＣＣ２５３０模块接口．其中舵机是ＳＴＭ３２单片机通过向ＰＡ０口发送一定频率与占空比的ＰＷＭ波，控制舵机旋转１８０°、０°、９０°，使舵机旋转探测．超声波模块接口的ＴＲＩＧ是触发信号控制端，ＥＣＨＯ是回波信号引脚．ＳＴＭ３２单片机发送１０μｓ的ＴＴＬ触发信号到ＴＲＩＧ后，自动发射４０ｋＨｚ的方波，然后检测是否有信号返回；若有信号返回，则通过Ｉ／Ｏ口ＥＣＨＯ输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．探测距离＝（高电平时间×声速）／２．［５］北斗定位模块是通过ＵＳＡＲＴ２＿ＴＸ和ＵＳＡＲＴ２＿ＲＸ管脚与单片机进行数据交换，从而获得定位数据．人体红外传感器检测到人体信号时，２号输出管脚输出高电平，ＳＴＭ３２单片机判断Ｉ／Ｏ是否出现高电平跳变来判断是否有人．ＣＣ２５３０模块通过ＵＡＲＴ４＿ＴＸ和ＵＡＲＴ＿ＲＸ管脚与单片机进行数据交换，从而使单片机获得传感器收到的数据．图４ 外围接口电路原理２．５ １６０２液晶显示模块图５是１６０２液晶显示电路．１６０２液晶屏Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７数据接口分别与单片机相连，ＲＳ为复位信号，ＥＮ使能信号与单片机控制管脚相连．［４］图５ １６０２液晶显示屏电路原理图６ 蜂鸣器报警电路原理３第３期卢贤贯，张 磊，等：移动传感网的地震受灾人员自动探测机器人设计２．６ 蜂鸣器报警模块图６是蜂鸣器报警电路原理图．由ＮＰＮ三极管Ｓ８０５０组成一个射极跟随器进行电流放大，单片机通过输出高低电平控制三极管是否导通来控制蜂鸣器是否启动．２．７ 电源模块如图７，自动探测机器人采用锂电池为机器人供电，并且在该系统中需要＋５Ｖ与＋３．３Ｖ两种电源．由于锂电池电压为７．２Ｖ，但在充电及放电过程中电压浮动较大，因此，采用ＬＭ２９４０－５．０低压差稳压芯片进行稳压电路设计．系统单片机采用３．３Ｖ电压供电，采用稳压芯片ＡＭ１１１７－３．３稳压芯片提供３．３Ｖ电压．图７ 电源模块电路原理３ 软件设计图８ 程序整体框架如图８，系统单片机软件主要包括机器人运动控制软件、北斗定位软件、数据发送软件、单片机数据处理软件和数据接收软件．其中机器人运动控制软件控制机器人的左转、右转、前进、后退，控制舵机的反复旋转，在搜寻到人体信号后，利用超声波采集距离等信息．单片机数据处理软件是机器人的数据接收和处理中心，对传感器采集的数据进行简单汇总．数据发送软件通过对采集的数据进一步处理，将数据处理成实际的量并进行数据打包，通过无线通信模块上传到手持式终端．［４，６］３．１ 数据指令格式表１ 命令信息包格式命令头数据包长度节点地址消息内容结束符２ｂｙｔｅ ２ｂｙｔｅ ４ｂｙｔｅ可变１ｂｙｔｅ表２ 数据上报包格式信号数据格式说明车头方向Ｌ２３０角度２３０°舵机角度Ｄ１６０舵机角度１６０°距 离Ｊ１２３距离１２３ｃｍ经纬度０００．００．０００００点隔开代表度分秒探测人数Ｓ０１代表第一个人搜救机器人采集并处理完人体位置信息后需要将数据上传到手持式终端上，通信需要发送数据指令．定义不同的数据指令格式，使之与手持式终端间的通信完成．数据包格式见表１．命令头，ＡＳＣＩＩ码表示，为“１５”，即０ｘ３１，０ｘ３５；数据包长度为整个消息内容的长度，ＡＳＣＩＩ码表示；节点地址是发送的节点数据为第几个，ＡＳＣＩＩ码表示；信号消息内容包括车辆车头方向（指南针或电子罗盘读取），人体目标方位（舵机角度），距离，北斗坐标经纬度，探测人数，ＡＳＣＩＩ码表示；结束符，回车的ＡＳＣＩＩ码表示，即０ｘ０ｄ．数据上报包格式见表２．３．２ 自动探测机器人单片机控制软件设计自动探测机器人的软件设计主要包括机器人的运动、接口初始化、１６０２界面显示、人体的搜寻、北斗数据的采集、数据发送部分以及搜寻到人体信号后对人体的超声波测距等．其中，机器人的运动包括机器人的左转、右转、前进、后退，舵机的反复旋转等．１６０２液晶显示部分显示接收搜寻到人体后的数据以及机器人的经纬度信息．数据接收处理部分包括串口中断接收判断，主要接收手持式终端的查询指令与北斗经纬度；数据发送部分是搜救信息数据包的上传．４浙江树人大学学报２０１６年图９ 机器人控制主程序图１０ 串口发送程序图１１ 北斗数据接收程序如图９，首先程序初始化液晶屏、串口和一些相关参数，单片机输出ＰＷＭ波控制机器人前进，舵机进行旋转，利用超声波进行避障，检测到障碍物之后后退，左转避开障碍物．如果没有障碍物则继续前进并搜寻人体信号，当搜寻到人体信号后，显示北斗坐标数据、超声波测距、舵机角度等，并进行数据打包．如图１０，本次串口消息包发送中断程序通过对查询指令的判读将消息发送出去．如图１１，进入串口１北斗数据接收中断程序后，先对数据进行接收，再数据头判断无误后对数据进行接收，接收完成后数据标志位进行置位．４ 实验效果图根据系统方案的硬件设计和软件设计方案，绘制机器人原理图，制作和焊接ＰＣＢ电路板，最终完成自动探测机器人的组装．自动探测机器人实物效果如图１２所示．ＳＴＭ３２单片机以５０％占空比输入ＰＷＭ波时驱动电机前进；分别输入舵机占空比为３．５％、７．５％、１１．５％的ＰＷＭ波，进行角度旋转，从而便于收集来自三个角度的超声波距离、人体红外信息等数据．手机ＡＰＰ软件采集定位、距离等数据显示如图１３，其数据格式与表２中的数据协议一致，可直观显示机器人的搜救信息．机器人移动时的性能参数值见表３，机器人的能耗相对较高，探测人体的距离较远．图１２ 搜救机器人实物图图１３ ＡＰＰ软件数据采集界面５第３期卢贤贯，张 磊，等：移动传感网的地震受灾人员自动探测机器人设计６浙江树人大学学报２０１６年表３ 机器人性能参数表性能参数电流／Ａ电压／Ｖ红外人体感应距离／ｍ超声波探测距离／ｃｍ数值１．３ ７．６ ３～７ ２～４００５ 结 语自动探测机器人对周围目标进行判断，对人体目标进行搜寻．当搜寻到人体信号之后，机器人停止移动，进行数据采集与存储，最后在手持式终端发送查询指令对数据进行查询上报．地震灾害发生后，通过部署自动探测机器人到受灾区域搜寻受灾人员，可提高救援效率，具有一定的应用价值．参考文献：［１］ 周泉，王贵勇，贾现广，等．基于ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８Ｂ的智能模型车设计［Ｊ］．昆明理工大学学报，２０１０，５（５）：３７－４０．［２］ 纪金水．基于Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络技术的系统设计［Ｊ］．计算机工程与设计，２００７，２８（２）：４０４－４０８．［３］ 王苑增、黄文涛、何宙兴．基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３的ＳＴＭ３２微控制器实战教程［Ｍ］．电子工业出版社，２０１４：９０－１１０［４］ 张洋，刘军，严汉宇．原子教你玩ＳＴＭ３２［Ｍ］．北京：航空航天出版社，２０１３：１００－１７０．［５］ 陈德益．基于嵌入式单片机的电机控制系统设计［Ｊ］．计算机仿真，２０１０，２７（１）：３５９－３６２．［６］ 王苑增，黄文涛，何宙兴．基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３的ＳＴＭ３２微控制器实战教程［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１４：９０－１１０．Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｒｏｂｏｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｄｉｓａｓｔｅｒ ＶｉｃｔｉｍｓＢａｓｅｄ ｏｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｅｎｓｏｒ ＮｅｔｗｏｒｋｓＬＵ Ｘｉａｎｇｕａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ，ＣＨＥＮ Ｙｏｕｒｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｊｕｎｊｉｅ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｓｈｕｒｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，３１００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｒｅｌｉｅｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ，ｒｅｌｉｅｓ ｏｎ ｉｍｐｏｒｔ ａｎｄ ｎｅｅｄｓ ｍａｎｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｖｉｃｔｉｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｂｉｌｅ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ａｓ－ｓｉｓｔ ｔｈｅ ｒｅｓｃｕｅ ｏｆ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｖｉｃｔｉｍｓ．Ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｍｏｄｕｌｅ，ｂｕｚｚｅｒ ａｌａｒｍｍｏｄｕｌｅ，ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｕｌｅ，Ｂｅｉｄｏｕ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ，ＳＴＭ３２ＳＣＭ ｍｏｄｕｌｅ，ＣＣ２５３０ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＲＦ ｍｏｄｕｌｅ，ｕｌｔｒａｓｏｎ－ｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ，１６０２ＬＣＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅ，ｉｎｆｒａｒｅｄ ｈｕｍａｎ ｂｏｄｙ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｅｒｖｏ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｄｅ－ｓｉｇｎｅｄ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｃ ｌａｎｇｕａｇｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｏｂｏｔ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＴＭ３２Ｆ１ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ｍｏｂｉｌｅ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｈａｎｄ ｈｅｌｄ ｔｅｒｍｉｎａｌ（责任编辑 陈维君）。
巡检机器人安全应急红外线光谱自探测处置系统研究
巡检机器人安全应急红外线光谱自探测处置系统研究作者：李杭王战来源：《消防界》2022年第11期摘要：笔者通过实地考察浙江能源嘉华电厂，阅读分析了大量国内外相关案例后，研究开发了一套巡检机器人安全应急红外线光谱自探测处置系统，该系统可以实现全天候实时巡检，接收红外、紫外线光谱，能自动探测明火，自动报警并完成应急处置装置响应动作，在事故初期就作出应急处置。
相较于市面上已有机器人更加智能化。
关键词：巡检机器人;光谱自探测;智能感知;应急处置一、研究背景和意义（一）研究背景电力能源与国家经济的快速发展、社会生产的稳定运行息息相关，这对能源行业生产作业的安全性、可靠性提出了更高的要求。
电厂是能源产业非常重要的组成部分，电厂设备的稳定、安全运行是实现安全生产的重要保障，因此电厂设备的运维巡检是非常重要的工作。
目前，电厂设备安全巡检作业方式主要包括：人工巡检和机器人巡检。
人工巡检是工作人员携带检测设备对高压设备和电力输电线进行监视。
由于电厂电力设备或输电线路所处地理位置十分复杂，增加了人工巡检的难度，人工巡检方法不但劳动强度大、效率低、检测精度低、可靠性差、成本高，而且对许多高压设备或输电线路存在的安全隐患不易发现。
随着移动机器人技术与自动化技术的發展，将机器人技术与电力应用相结合，为电网的维护提供了新的巡检方式，即机器人巡检代替人工巡检，极大地提高了工作效率。
经过调查研究发现，目前市面上的巡检机器人仍存在一些不足，当紧急情况发生时，机器人只能够实现异常报警，不能够在事故发生初期就进行应急处置，若异常位置较远且过于隐蔽，等应急人员到达现场，已经错过了最佳应急时机，事故仍会造成巨大损失。
因此，研究开发一套巡检机器人安全应急红外线光谱自探测处置系统势在必行，可以弥补现有巡检机器人的不足，更智能、更全面地实现电厂电力设备的无人化巡检需求。
（二）研究意义伴随着经济发展和人民生活水平的提高，社会用电量不断提升，对电网运行稳定性提出了更高挑战，变电、输电、配电等电力系统各环节的巡检需求进一步提高。
热释电人体感应红外报警器设计制作2
3.1制作过程
（略）
3.2硬件调试及调试中遇到的问题
第一步为目测，单片机应用系统电路全部手工焊接在洞洞板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。
第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
--
工作电源负端，一般接0V
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。通常接VCC，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
I
触发禁止端。当Vc＞VR时允许触发(VR≈0.2VDD)
2.3.3按键控制电路
本电路的设计就是为了控制电路中布防和紧急状态下不同的工作形式，当按下布防按键后， 5秒后进入监控状态，当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图3-8所示。
图3-8按键部分
2.3.4指示灯和报警电路
二、技术方案的详细设计（实施
2.1本系统的设计方案
系统设计简介
本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理和用户操作。
为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。
中国机器人大赛技术报告
2015中国机器人大赛暨ROboCup公开赛技术报告学校：队伍名称：领队老师：指导老师：参赛学生：二零一五年十月目录目录任务、背景和意义 (4)1、项目名称 (4)2、研究背景、任务 (4)3、项目意义 (4)一、机器人的总体功能 (4)1、自主行走 (4)2、路障处理 (4)3、语音图像传输 (4)4、智能灯光 (5)5、人体感知 (5)二、硬件系统 (5)1、编码电机 (5)2、光电开关 (5)3、超声波测距 (5)4、人体感知模块 (5)5、光敏电阻 (6)参考文献 (6)摘要智能探测救援机器人，在面对灾难的现场可能存在高温、有毒气体、辐射等因素对人类生命造成危害的位置环境。
有时为了救援或者重要任务的完成必须要进入这些场所时，为了保障人们的生命安全，可以使用探测机器人。
智能探测机器人有着可靠的探测和导航系统，能够到达人们制定的场所进行探测，并传回实时环境信息，为人们的后续工作提供可靠的基础。
关键词：ARM、智能探测、人体感知任务、背景和意义1、项目名称智能探测救援机器人2、研究背景、任务近年来，国内外地震、核泄漏、火灾等灾害频发。
这些灾害造成了严重的人员伤亡和财产损失。
这些灾害发生后首要的任务是现场状况和被困人员的探测工作。
然而这些探测行动都遇到了同一个难题，因灾害过后现场情况复杂（如：有害物质泄露、现场高温、灾后空间狭小），致使救援人员无法进入现场了解情况，救援工作难以展开。
3、项目意义我们设计了可以进入复杂灾后现场，采集现场参数、反映现场情况，帮助救援人员制定解决方案的机器人。
本作品具有体积小、灵活性强、维修简单的特点。
可以由救援人员随身携带进入现场实施探测、救援。
一、机器人的总体功能1、自主行走超声波测距模块可以较精准得判断出车体与两侧障碍物的距离，通过检测到的实际距离值与预定距离值对比，再进行编译转向行驶指令，从而实现自主行走探测功能。
2、路障处理正前方遇到路障并不可绕行时，升降机上的铲板将路障铲起并提升到一定高度，拨送杆将其拨送到传送带，传送系统将路障移到其车体后方。
关于应急救援机器人用于地震救援分析
关于应急救援机器人用于地震救援分析
图2
在地震救援工作中，救援器械需要具备全地形通过
能力，而如坦克、装甲车、挖掘机等机动性较差，负载
较高。
装载机、越野车等通过能力较差，离地间隙较高。
都难以适用于地震造成的复杂环境中。
为履带式机器人，可见其体型较小，质量较低，
能够使用履带在不平整废墟展开搜救工作。
废墟现场的
各部分往往较为松散，挖掘救援工作情况，但搜救工作
困难，幸存者存活在狭窄的空间中，不能使用大型机械
在废墟上方开展搜救，由此小型机器人携带生命探测装
置能够尽快完成搜救工作。
图1
图3
为蛇形机器人，可以在狭窄空间内蜿蜒前行，利用头部的摄像头为救援人员回传灾情现场状况。
能够利用机器人对全地形的通过能力，对狭窄空间的适应性，在地震搜救工作中完成高效搜救幸存者的目的。
应急救援机器人细节
应急救援机器人是应用于搜救、破拆、支撑和伤员运输的特种机器人，需要有较高的灵活性、强越障能力、通信功能保障，依靠远程操作执行救援任务。
在复杂和高危环境中，救援机器人可以替代人工执行高度风险任务，及时传回救援信息，辅助救援工作。
帮助制定救援
无人值守风电场集控中心设计研究。
一种多功能搜救机器人的设计
一种多功能搜救机器人的设计在当今社会，各种自然灾害和人为事故时有发生，如地震、火灾、矿难等。
在这些紧急情况下，及时有效的搜救工作至关重要，它关系到被困人员的生命安全。
然而，由于灾害现场环境复杂、危险，给搜救工作带来了极大的困难。
为了提高搜救效率和安全性，设计一种多功能搜救机器人具有重要的现实意义。
一、设计背景在面对重大灾害和紧急情况时，传统的搜救方法往往存在诸多局限性。
例如，救援人员在进入危险区域时可能面临生命威胁，而且人类的感官和体能在恶劣环境下也会受到很大限制，难以全面、快速地搜索到被困人员。
此外，一些灾害现场可能存在有毒气体、高温、浓烟等危险因素，进一步增加了搜救的难度。
为了克服这些困难，利用先进的技术手段开发一种能够适应复杂环境、高效执行搜救任务的机器人成为了迫切的需求。
这种多功能搜救机器人应具备自主导航、环境感知、生命探测、通信联络等功能，能够在危险环境中代替或协助救援人员进行工作，提高搜救的成功率和效率。
二、功能需求1、自主导航机器人需要能够在未知环境中自主行走，避开障碍物，规划最优路径。
这就要求它具备先进的传感器系统，如激光雷达、摄像头、超声波传感器等，以实时感知周围环境，并通过算法进行路径规划和决策。
2、环境感知能够对灾害现场的温度、湿度、气体浓度等环境参数进行检测，为救援人员提供重要的环境信息。
同时，还应具备对废墟结构、地形地貌等的感知能力，以便更好地评估危险程度和制定搜救策略。
3、生命探测具备多种生命探测技术，如热成像、声音检测、心跳检测等，能够快速准确地发现被困人员的位置和生命体征。
4、通信联络与指挥中心和救援人员保持稳定的通信，实时传输搜救数据和图像，以便指挥人员做出决策。
5、机械操作能够执行一些简单的机械操作，如搬运障碍物、打开门窗等，为救援工作创造有利条件。
三、机械结构设计1、机身采用坚固耐用的材料制造，如铝合金或碳纤维，以保证在恶劣环境下的稳定性和可靠性。
机身设计应具备良好的防护性能，能够抵御冲击、碰撞和恶劣的气候条件。
吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书范文.doc
项目编号：吉林大学“大学生创新性实验计划”项目申请书项目名称基于行星履带的无线控制搜救机器人项目负责人学院、年级、专业联系电话电子邮件指导教师姓名职称填表日期年月日吉林大学教务处制表填表说明一、《吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书》要按顺序逐项填写。
填写内容要实事求是，讲究诚信，不能有雷同；表达要明确、严谨。
空缺项要填“无”。
要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。
二、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目团队人数不得超过5人（1人为项目负责人，参与合作研究者4人以内）。
三、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目的个人或团队必须聘请教师作为项目指导教师，并请指导教师在申请书上签名。
四、《吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书》由项目负责人所在学院初审，签署意见后报送教务处实习与实验教学科（一式3份原件）。
五、“项目编号”由教务处填写。
二、项目研究内容（目前研究的现状、主要研究内容，重点和难点及可能的创新点，研究思路和方法等）1 总述1.1 设计总述我们设计的这一款基于行星履带式行走机构的无线控制搜救机器人具有以下特点：1.创新性的将行星机构与履带结合，提高了搜救机器人的越障能力，尤其是客服了履带式行走机构无法翻越梯度较大障碍的弱点。
2.配套的设计了铰接式车身，提高了搜救机器人的通过性。
3.基于无线控制的搜救系统，更加灵活方便，可实现远距离遥控，提高了机器人的实用性。
4.各种传感器与GPS定位系统的添加，使得实际该机器人真正能投入到市场。
通过CATIA的三维建模我们初步得到行走机构的三维模型如下图：1.2 设计的技术要求及指标1.2.1设计的技术要求针对我们构想的搜救机器人所要实现的功能、结构以及工作环境，对搜救机器人存在以下要求：机构。
第二，履带式行走机构转向半径极小，可以实现原地转向，其转向原理是靠两条履带之间的速度差实现转向。
第三，履带的支撑表面上有履齿，不易打滑牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。
地震救援机器人设计说明书
地震救援机器人设计说明书参赛单位：华北科技学院作者：孙浩然梁陈赞冯忠豪刘俊指导教师: 田忠友王海鹏目录一.作品简介 (1)二.主要功能指标 (2)三.工作原理 (4)四.运动分析 (5)4.1腿部移动过程 (5)4.2主题迁移过程 (6)五.动力分析 (8)5.1 单独由电机提供动力 (8)5.2 由气缸和电机共同提供动力 (9)六.实用化的可能 (11)七.市场前景 (13)八.作品外形照片 (14)九.参考文献 (16)一.作品简介该作品是基于地震救灾为背景而设计研发的，是一种能够起清障作用、标记事故地点、探索救援道路的先进设备。
该作品具有灵活、操作简便、适用性强、拓展功能多的特点，非常适用于救灾抢险工作。
高度智能化和自动化是本作品的又一大特点，也是具备强势竞争力的一大优势。
同时，采用了先进的控制系统和算法，是系统的通用性和适用性进一步增强，能够出色完成各项任务。
本作品由中心搭载平台，四条安装在平台四角的机械腿，中部的两部液压支架以及构建在平台上的挖掘装置组成。
机械腿由关节电机带动实现腿部移动，由安装其上的蜗杆装置实现腿部伸缩，四条腿依次移动后再次转动电机实现机械本体的整体前进。
达到预定位置后平台上的气泵开始工作，带动整个装置的升降掘进，起到了除障清路的作用。
同时腿部结构设计比较先进，使机械体具有一定的越障能力，摆脱了传统救灾设备行动能力不足的缺陷，对灾区环境有很强的适应能力。
双模的行进机构使得系统灵活性和机动力极大增强。
轮式行进可使机器人快速机动，灵活部署；机械腿行进可使机器人工作平稳，深入灾区。
采用双模互换的行进方式既能节省宝贵时间，又能提高工作效率，同时兼具节能的特点。
二.主要功能指标该机器人是着眼于地震灾区的各类救援任务而开发的，其独树一帜的外形设计和结构设计使其能够遂行地震灾区的各种搜救、援助、运输、支承等任务。
首先，通过加装红外感应器材和探人雷达等仪器设备，使其能够在较大范围内执行地震灾区的搜救任务，机器人的中心搭载平台采用模块化设计，可以根据实际需要即时更换设备进行搜救工作。
基于热释红外的蚂蚁搜索机器人群智系统设计
图 １ 热 释红 外 检 测 电 路 图
此，本文提 出 了一种 群智机器人 搜索方法 ， 能有效避 免现有 的搜 索机器人 的局限性 ，通 过 相 互 协 作 ，快 速 、准 确 的搜 寻 到 幸 存 者 。 二 、蚂蚁搜索机器 人的硬件 电路设计 本 设计 基 于 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ 微 处 理 器 ，蚂 蚁 搜 索 机器人 系统的组成主 要包括微 处理器部分 、 电源 供 电 部 分 、 电机 控 制 部 分 、 目标 搜 寻 与 检测部分、通讯部分 。 １ ． 热 释 红 外 检 测 电路 设 计
Ｉ ． ． 鳗 应 …………………………一
基 于热释红外 的蚂蚁搜索机器人群智 系统设计
常熟理工学院 电气与 自动化 工程 学院 施 皖 毛丽民 俞 雷 鲁 波
【 摘要 】本文针对 搜索机器人如何 快速 ，准确 的进行搜 索行 动 ，提 出一种 以人体 热释红外检 测为引导 的群 智蚂蚁搜 索机 器人方案 。该设计方 案的蚂蚁搜 索机器 人 ，体积小 ，速 度快。蚂蚁搜救机器人在 搜索的过 程 中，通过红 外信 息，相 互通信。每个蚂蚁搜 索机器 人在一定范 围内，而且 搜索的过程彼此独立 ，通过 红外传 感器实现不 同蚂蚁搜索机器人之间不断进行信息交流和传递 ，从而能够相互协作 ，快速、准确的搜寻到幸存者。
【 关 键 词 】 搜 索 ；蚂 蚁 机 器 人 ；热 释 红 外
一 经 常 发 生 ， 带 来 了很 大 的影 响 。这 些 灾 害 不 仅 仅 导 致 大 面 积 房 屋 的坍 塌 等经济损 失，更为严 重的是直接 影响到人 身 安 全 ， 当无 法 阻 止 灾 难 发 生 的 时 候 ，人 类 所 能做 的就 只是将灾 害带来 的损 失减到最 小。 灾 难 发 生 后 需 要 尽 快 的 将 他 们 救 出 ， 因 为 时 间越长 ，危险系数就会成倍 的增加 。 目前现 有 的搜 索 机器 人 ， 由 于体 积庞 大 ，一 般 很 难 进 入 狭 小 空 间 进 行 搜 索 。而 且 现有 的搜 索机器人 ，是独 自的搜 索幸存者 ， 机 器 人 相 互之 间 没有 通信 ，搜 索速 度 比较 慢 ，搜 索到幸存者所 花的时 间比较长 。鉴于
一种救援机器人生命体特征探测与识别方法[发明专利]
![一种救援机器人生命体特征探测与识别方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8897352008a1284ac950432d.png)
专利名称：一种救援机器人生命体特征探测与识别方法专利类型：发明专利
发明人：蔡磊,王效朋,徐涛,罗锦,唐文飞
申请号：CN202011101395.6
申请日：20201015
公开号：CN112248032A
公开日：
20210122
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出了一种救援机器人生命体特征探测与识别方法，用于解决现有的救援机器人由于环境复杂导致救援失败的技术问题。
其步骤为：首先，以救援机器人的位置为起点构建O型探测区域，并开启救援机器人的避障系统；其次，利用二氧化碳探测仪对O型探测区域进行救援扫描，获得目标点集合；然后，利用红外探测仪对目标点集合进行目标探测，确定待救援的目标点；最后，利用雷达生命探测仪对待救援的目标点进行第三阶段识别，确定救援者的具体位置，并由救援机器人的控制器发出呼救信号，及时通知救援工作人员进行救援。
本发明通过将多探测仪进行结合，提高了识别精度，缩短了救援时间，使得救援机器人拥有高效、准确的探测人体生命特征的能力。
申请人：河南科技学院
地址：453000 河南省新乡市红旗区五一路东段
国籍：CN
代理机构：郑州优盾知识产权代理有限公司
代理人：张真真
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一种黑暗环境下热红外人体步态识别方法及装置
专利名称：一种黑暗环境下热红外人体步态识别方法及装置专利类型：发明专利
发明人：谢昌颐,李蕾
申请号：CN202111414009.3
申请日：20211125
公开号：CN114052726A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请涉及一种黑暗环境下热红外人体步态识别方法及装置。
所述方法包括：利用人体区域检测样本训练YOLOv5x模型，得到训练完成的YOLOv5x模型；获取待识别视频图像；根据训练完成的YOLOv5x模型对待识别视频图像进行人体检测，得到人体区域框；采用跟踪算法对人体区域框进行跟踪，得到人体区域时间序列；根据Top‑down方法对人体区域时间序列进行骨架提取，得到人体骨架时间序列；根据预先训练的时空图卷积神经网络对人体骨架时间序列进行步态特征提取；根据步态特征，进行人体步态识别。
采用本方法能够提高步态识别的准确性和鲁棒性。
申请人：湖南中科助英智能科技研究院有限公司
地址：410000 湖南省长沙市岳麓区桐梓坡路96号
国籍：CN
代理机构：长沙国科天河知识产权代理有限公司
代理人：彭小兰
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智能机器人技术在危险环境中的应用研究
智能机器人技术在危险环境中的应用研究一、引言随着科技的发展，智能机器人技术在许多领域都得到了广泛的应用。
其中，智能机器人在危险环境中的应用研究备受关注。
本文将探讨智能机器人技术在危险环境中的应用，包括火灾、核辐射、化学泄漏等危险环境。
二、智能机器人在火灾环境中的应用火灾是一种常见的危险环境，对人体安全构成严重威胁。
在火灾发生时，智能机器人可以取代人工进入火场，实现火场勘察、救援、灭火等任务。
智能机器人可以通过装备红外传感器和可见光传感器来检测火焰和烟雾，定位火源，并通过机械臂和喷水装置进行灭火。
此外，智能机器人还可以利用无线通信技术与消防指挥中心实时交互，提供实时的火源定位信息，帮助指挥员做出决策。
三、智能机器人在核辐射环境中的应用核辐射是一种高风险的危险环境，人体暴露在核辐射下可能导致严重的健康问题。
智能机器人在核电站和其他核设施中的应用，既能减少人体接触核辐射的风险，又能提高任务执行的效率。
智能机器人可以携带辐射传感器，通过检测和测量辐射水平，有效评估辐射风险，并定位辐射源。
在核事故中，智能机器人还可以进行辐射源打捞和污染物清除等任务，减少人员接触。
四、智能机器人在化学泄漏环境中的应用化学泄漏是一种常见的危险环境，许多化学物质对人体有毒甚至致命。
智能机器人可以在化学泄漏发生时，代替人工进入危险区域进行任务。
智能机器人配备气体传感器和化学传感器，可以检测和测量有害气体浓度，并定位泄漏源。
此外，智能机器人还可以利用机械臂进行泄漏物清除、封堵漏点等任务，从而降低人员暴露的风险。
五、智能机器人在其他危险环境中的应用除了火灾、核辐射和化学泄漏，智能机器人在其他危险环境中也有广泛的应用。
例如，在爆炸物拆除任务中，智能机器人可以代替人工进入危险区域进行拆除工作。
在地震灾区，智能机器人可以进行搜救任务，并找到被埋压的人员。
在航天任务中，智能机器人可以承担危险环境下的舱外活动，减少宇航员的风险。
六、智能机器人技术发展和挑战智能机器人技术在危险环境中的应用研究已经取得了重要的进展，但仍面临一些挑战。
基于灾难现场搜救机器人的设计
基于灾难现场搜救机器人的设计发布时间：2021-04-13T11:55:46.950Z 来源：《科学与技术》2021年2期作者：周忠环张卫星曹传剑[导读] 设计了一种针对矿难、地震等搜救的专用机器人周忠环张卫星曹传剑青岛黄海学院山东青岛 266427摘要：设计了一种针对矿难、地震等搜救的专用机器人，具有越障能力强、功能多、体积小、能耗低等特点，可快速锁定被困人员所处区域，及时掌握被困人员的生存状态以及现场环境状况，并可对被困人员进行营养补给。
对矿难现场可能出现的恶劣环境配备温度、浓度、人体检测传感器和三自由度摄像头平台，并且能为被困人员提供营养物质，可以在灾难发生后的最短时间内被投入现场，并迅速接近目标，搜集温度、有害气体浓度等信息，确定被困人员位置，并进行一些辅助救援工作。
关键字：灾难现场；快速锁定；救援工作引言国内外矿难频繁发生，急需能够用于矿难现场的专用搜救装备，能够在及时出场救援，减少人员伤亡以及不必要的财产损失，该机器人可应用于矿难、地震等突发灾难现场进行环境探测、人员搜索、辅助救援。
该机器人同时也是个移动越障平台，针对不同应用场合，对功能进行模块化调整，从而实现一个移动平台多种应用场合的用途。
生命无价，搜救人员以及被困人员的人身安全同等重要。
及时掌握灾难现场环境状况可以有效保障搜救人员的人生安全，成功搜索到被困人员并给予营养补给，可以有效延续被困人员生命，为其提供生存信心。
针对矿难、地震等搜救的专用机器人，具有越障能力强、功能多、体积小、能耗低等特点，可快速锁定被困人员所处区域，及时掌握被困人员的生存状态以及现场环境状况，并可对被困人员进行营养补给。
机器人由“行走部分”“功能部分”以及“控制及通讯部分”组成。
使用遥控器控制机器人运动，通过人机界面观测机器人的运动状态，同时机器人将现场各种反馈信息实时传递回界面供操作人员参考。
技术特点及优势：轮腿结构以及伸缩轮腿设计使机器人具备良好的移动性能及越障能力；人体红外热释电传感器与摄像头配合工作可迅速锁定被困人员所处区域，三自由度平台为其提供了开阔的工作范围；独特的欠驱动营养液输送机构针对被困人员所处特殊状态，为其直接提供营养物质以延续生命；使用2.4G无线频率进行数据传输，有效地提高了抗干扰能力，保证信息质量。
搜救蚂蚁机器人设计
搜救蚂蚁机器人设计孙世成;毛丽民;张笠君;许震【摘要】针对目前的搜索机器人体积庞大，无法进入狭小空间内搜寻幸存者，而且搜索到幸存者所花的时间比较长等缺点，提出了一种以 MSP430F2234单片机为控制核心的蚂蚁机器人设计方案，蚂蚁机器人搜索相互独立，采用红外传感器相互通讯。
与通常的搜索机器人相比，蚂蚁机器人功耗低、体积小，能快速、准确地搜索到目标% There are many disadvantages of search robots at present. For example, the large volume prevents robots from entering the confined space to search for survivors and it takes too much time to find the survivors. In this pa⁃per, a kind of ant robot based upon MSP430F2234 microprocessor is proposed. The ant robot can search indepen⁃dently and communicate with each other using infrared sensors .Ant robots have low power consumption, small vol⁃ume, and find the target rapidly and accurately.【期刊名称】《常熟理工学院学报》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】5页(P64-68)【关键词】搜救;蚂蚁机器人;MSP430F2234单片机【作者】孙世成;毛丽民;张笠君;许震【作者单位】常熟理工学院电气与自动化工程学院,江苏常熟215500;常熟理工学院电气与自动化工程学院,江苏常熟215500;常熟理工学院电气与自动化工程学院,江苏常熟215500;常熟理工学院电气与自动化工程学院,江苏常熟215500【正文语种】中文【中图分类】TP368.1地震、火灾、矿难等灾难发生后，在废墟中搜寻幸存者，给予必要的医疗救助，并尽快救出被困者是救援人员面临的紧迫任务.由于灾难现场情况复杂，救援人员在存在有害物、烟雾、灰尘和一氧化碳等危险的情况下是很难进入现场开展救援工作的，此外，废墟中形成的狭小空间使搜救人员甚至搜救犬也无法进入[1].近十年来，尤其是“911”事件之后，美国、日本等发达国家在地震、火灾等救援机器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各种可用于灾难现场救援的机器人.轮履式机器人是一种最常见的，在传统的轮式移动机器人的基础上发展起来的搜救机器人，但由于体积普遍偏大，不太适合在倒塌的建筑物废墟中狭小空间内搜寻幸存者.而且现有的搜救机器人，是独自的搜索幸存者，机器人相互之间没有通信，搜索速度比较慢，搜索到幸存者所花的时间比较长[2].在搜索的过程中，通过红外相互通信，了解彼此状态.当一个蚂蚁搜救机器人找到幸存者后，该蚂蚁搜救机器人就会通过红外信息通知其他蚂蚁机器人，其他蚂蚁机器人收到信息后，向其靠拢，并发出报警声.蚂蚁搜救机器人通过相互协作，实现在复杂情况下快速、准确的搜索到幸存者.当蚂蚁搜救机器人在搜索过程中遇到障碍物，触角开关就会被触动，蚂蚁搜救机器人就会转向.本设计基于MSP430微处理器，构建了具有目标搜寻与检测功能的蚂蚁机器人.蚂蚁机器人系统的组成主要包括微处理器部分、电源供电部分、电机控制部分、目标搜寻与检测部分、通讯部分等，如图1所示.2.1 微处理器本设计采用了MSP430F2xx系列中的MSP430F2234.MSP430F2234具有16位控制器、8 KB闪存、512 B RAM，其电源电压采用1.8～3.6 V，待机电流小于1 μA，在RAM数据保持方式时耗电仅0.1 μA，在活动模式时耗电250 μA，I/O输入端口的漏电流最大为50 μA；强大的处理能力，内部采用目前最流行的、颇受学术界好评的经典指令集结构，内部集成了丰富的片上外围模块，包括12位ADC、DAC、比较器、LCD驱动器、电源电压监控、串行通讯、红外线控制器、DMA控制器等[3].2.2 电源模块设计如图2所示，本电路主要通过稳压管MCP1702给单片机MSP430提供一个稳定的电压.稳压管MCP1702的3引脚输入电压范围为2.7 V～13.2 V，2引脚输出电压为3.3 V.B+和B-两端分别连接320 mA锂电池的正负端.开关SSSS210810控制蚂蚁机器人的启动和停止.图中的电容均用来滤波，100 μF的电容用来过滤高频波，4.7 μF的电容用来过滤低频波.2.3 电机驱动电路采用六个场效应管来控制两个电机.如图3所示，信号端M1、M2、MP、MN由单片机MSP430控制，连接具有10 K上拉电阻的Vbatt处，因为单片机MSP430是由3.3 V的稳压管供电，而Vbatt处的电压为锂电源的两端电压高至4.2 V.当M1为低电平MN、MP为高电平时，Q1P与Q2N导通，电机1正转.电机状态编码如表1所示.2.4 电池充电模块电子设备电源部分是整个系统的基础，这部分的稳定工作对整个主控板的稳定工作起着至关重要的作用.本设计采用MCP73833高级线性电池管理控制器，用于给锂电池充电，详细说明如下：（1）电池管理输入电压VDD是MCP73833/4器件的输入电源，接5 v至6 V的外部恒流电源.（2）通过在PROG引脚和GND之间的电阻来控制充电电流的大小.编程电阻和充电电流可以通过（1）式计算，其中IREG为充电电流，RPROG为PROG引脚和VSS之间的电阻.（3）电池充电控制输出VBAT电池充电控制输出引脚，与电池组的正极相连.此为内部P沟道MOSFET的漏极. MCP73833通过在线性工作区控制该MOSFET工作来给电池组提供恒流和恒压调节.（4）温度判断THERM，由于不需要温度监控功能，所以在THERM引脚和VSS 之间连接一个标准10 K电阻.（5）电池管理0 V参考电压VSS接该引脚接电池的负极和输入电源的地. （6）状态指示STAT1、STAT2、PG如表2所示，接MSP430的引脚. 2.5红外通讯模块红外通信技术就是利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种.其优点是保密性强，信息容量大，结构简单，既可以在室内使用，也可以在野外使用.通过对发送信号进行编码、调制，具有可靠性高、误差小、成本低、传输距离远、功耗低等特点.一般由红外发射和接收系统两部分组成，通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发.发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收.蚂蚁机器人的红外发射电路如图5所示.信号TX由单片机MSP430控制，当MOS管的栅极G为高电平时，红外发射二极管点亮发射红外线；当MOS管的栅极G为低电平时，红外发射二极管断开.蚂蚁机器人的红外通信电路中的接收电路如图6所示.蚂蚁机器人用三个红外光敏二极管来接收各个方向的红外线.此处光敏二极管不但用于接收红外线，还用做环境光传感器，而这两个功能在电路中需要不同的上拉条件.当用于接收红外线时，因为这时光敏二极管的电阻阻值变化幅度很大，只需要低灵敏度，所以上拉电阻选择10 K；当用于环境光传感器时，因为光敏二极管的电阻阻止变化幅度很小，所以需要很高的灵敏度，上拉电阻选择100 K.单片机MSP430控制信号端BIAS1和BIAS2适当的转换这两种情况.电路中的交流耦合用来过滤由环境光所产生的直流.10 K的电阻和330 pF的电容构成高通滤波电路，用来过滤直流和低频交流信号.滤波器大概在1 kHz处会有3 dB的频率衰减.接收信号有叠加的直流信号，由于电阻R20和R21的分压，直流电压值为所提供电压的一半.每个光敏二极管的直流电压输入到单片机MSP430的PD1，PD2和PD3端.当接收红外线的信号为0时，此时没有被红外发射管的红外信号所覆盖，光敏二极管不用于接收红外线，上拉电阻的切换与环境光度的测量同时进行.2.6 目标检测模块由位于车底的灰度传感器进行判断是否找到目标.灰度传感器由反射式红外光电判读器组成，即一个红外发光管和红外三极管并排绑定构成.其电路图如7所示.2.2 K 电阻是光敏晶体管的上拉电阻，信号目标与单片机MSP430的数字输入接口相连.分别测量目标端在有光照和没有光照的信号，将这两个信号相减得到反射度.2.7 指示电路指示电路用于显示蚂蚁机器人的状态，如图8所示.红灯亮表示搜索到目标，灭表示未搜索到目标.绿灯亮表示电量不足，灭表示电量充足.3.1 蚂蚁机器人搜索示意图每个蚂蚁机器人在一定范围内搜索目标，而且搜索的过程彼此独立，仅通过传感器进行通信，实现不同蚂蚁机器人之间不断进行信息交流和传递，从而能够相互协作，完成寻找目标的任务.在示意图中有4个蚂蚁机器人，当1号蚂蚁机器人找到目标的时候，发出红外信号通知其他蚂蚁机器人目标已经找到，在发出的红外信号中加入特征码，区别找到目标的蚂蚁机器人，其他蚂蚁机器人接受到红外信号后就停止搜索目标.每个蚂蚁机器人上3个红外发射管构成360度，三个红外发射管轮流发出红外信号，在120度的范围内接收到信号的蚂蚁机器人根据红外信号的强度和接收的时间段判断机器人之间的相对方位和距离，再向1号蚂蚁机器人发出应答信号，然后通过各机器人之间的互相通讯获得各机器人的位置，而较远的机器人可通过与之临近的机器人找到目标，使各机器人选择路径，做出最快的动作，最终在最短的时间内找到目标.3.2 主程序流程图机器人启动时，先初始化各模块，然后进入随机寻找（随机运动）状态，当搜索到目标后机器人停止运动，进入通讯状态，告知其他机器人目标以找到，并检查是否所有的机器人接受到，如果没有并且没有接受到有效的红外信号，则继续搜寻，如果接受到了其他机器人发射的目标信号，则开始以细胞分裂状通知其他机器人，当所有的机器人收到目标信号后开始向目标靠拢，最后找到目标.为了验证所设计的蚂蚁机器人的可行性，在完成硬件设计的基础上，进行了相关的实验，图11的（a）-（f）图显示了蚂蚁机器人的搜索过程.从实验结果可以看出，本设计是可行的.【相关文献】[1]董晓坡，王绪本.救援机器人的发展及其在灾害救援中的应用[J].防震减灾工程学报，2007，27（1）：112-117.[2]王忠民.灾难搜救机器人研究现状与发展趋势[J].测控技术，2007（17）：152-155.[3]沈建华，杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：125-146.[4]刘刚，彭荣群.Protel DXP 2004 SP2原理与PCB设计[M].北京：电子工业出版社，2007：283-320.。
一种基于Leap Motion 与Android 手机控制的地震救援机器人应用设计
科技与创新┃Science and Technology &Innovation·154·2022年第18期文章编号：2095-6835（2022）18-0154-03一种基于Leap Motion 与Android 手机控制的地震救援机器人应用设计彭登靖（云南省地震局，云南昭通657000）摘要：针对地震救援机器人目前的研究现状，为进一步研究地震救援机器人的实际应用，利用Leap Motion 与Android 这2种外接设备，根据摄像头回传的实时画面远程操控机器人。
用Leap Motion 手势识别手臂动作控制机器臂，用Android 手机控制机器人行走，为机器人配备摄像头进行实时监控，利用无线通信系统远程控制机器人在复杂地震环境下开展救援。
实验结果表明，Leap Motion 手势识别率高，可同步机械臂手势动作，Android 手机可较为准确地控制机器人行走，摄像头可清晰拍摄救援环境。
此地震救援机器人在地震应急救援中具有一定的研究与应用价值。
关键词：机器人；Leap Motion ；Android 手机；地震救援中图分类号：TP242文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2022.18.045近年来，中国大陆范围内地震频发，特别是云南省地区，2021-05-21相继发生了大理漾濞6.4级、青海玛多7.4级地震。
地震发生后，土建木质式建筑顷刻间倒塌，人们根本没有时间逃跑，被埋于废墟之下，受伤后如不能及时被抢救就会导致伤口感染、流血过多而死亡，身处震中开展救援的救援队员也面临着余震随时来临的巨大威胁[1]。
所以，研发地震救援机器人很有必要，有很大的应用前景。
针对目前全球地震救援机器人的研究现状[2]，本文结合地震灾区救援特点，利用现有资源条件，设计了一款外观新颖、操控性强、系统运行平稳的地震救援机器人。
实验证明，机器人行走方式多样且运行平稳，体验感好，操作多样。
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一种基于地震搜救机器人的人体热释红外检测引导方案
作者：刘经龙,秦辉,陈润明
来源：《科技传播》2011年第13期
摘要本文针对研究如何引导地震搜救机器人进行搜救行动，提出一种人体热释红外检测引导方案。
该方案基于红外传感信号处理器BISS0001，热释电红外探测器对人体辐射出的
10um左右的红外辐射信号进行检测，该信号经过处理器BISS0001处理送入主控制器，进而判断周围是否存在生命迹象。
关键词地震搜救；机器人；人体热释；红外检测
中图分类号TP24 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0228-02
0 引言
目前，地震救援救灾方式多为人工救援，一般救护人员无法进入危险区域，只能通过提升绞车、移动式风车等设备清除垃圾，然后再搜救遇难者。
常用的设备有，生命探测仪是当前世界上最先进的搜救及检测仪器，主要通过感应人体所发出的超低频电波产生的电场（由心脏产生）找出“活人”位置。
人体发出的超低频电场可穿透钢筋混凝墙、钢板、木板、甚至水，因此，只要有生命迹象，不论其是否清醒、昏迷、身陷瓦砾堆或躲在集装箱中，均可用生命探测仪在最短时间内将其找到。
生命探测仪空旷探测范围可达500m，可透过80cm厚的普通钢板，探测到生命。
而更加神奇的是，该生命探测仪只探测到人的生命，对其他动物的生命不起作用，具有很强的针对性。
幸存者埋在瓦砾堆中，用手去一点点地挖开瓦砾显然太慢，用重型机械去移动又有可能伤着人。
各种搜索仪器可以帮上忙。
“蛇眼”就是一种搜索仪器，它的学名叫“光学生命探测仪”，是利用光反射进行生命探测的。
仪器的主体非常柔韧，像通下水道用的蛇皮管，能在瓦砾堆中自由扭动。
仪器前面有细小的探头，可深入极微小的缝隙探测，类似摄像仪器，将信息传送回来，救援队员利用观察器就可以把瓦砾深处的情况看得清清楚楚。
很多博物馆和超市用的防盗装置就是这种光学探头加观察器的仪器。
这种方式救灾周期长，危险性大，伤亡人数多，往往效率低，延误了救援的最佳时机，同时对救援人员自身的生命安全造成了极大的威胁，研究一种地震救援新装备，用机器代替人力是项非常紧迫的任务，本文针对引导地震搜救机器人进行搜救行动提出一种人体热释红外检测引导方案。
1 硬件设计
红外探测器采用热释电元件，对人体辐射出的10um左右波长的红外辐射非常敏感。
传感器在接收到人体发出的红外辐射后，热释电元件就会向外释放电荷，经红外传感信号处理器处理后输出高电平。
热释红外探测器的电路如图1所示。
BISS0001为红外传感信号处理器，由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路，可广泛应用于多种传感器和延时控制器。
其引脚说明如下：
VDD为工作电源正端。
范围为 3V~5V；
VSS为工作电源负端。
一般接 0V；
IB为运算放大器偏置电流设置端。
经 R B 接 V SS 端， R B 取值为1M Ω 左右；
11N–为第一级运放放大器的反相输入端；
11N+为第一级运放放大器的同相输入端；
1OUT为第一级运算放大器的输出端；
2IN为第二级运算放大器的反相输出端；
2OUT为第二级运算放大器的输出端；
VC为触发禁止端。
当 VCVR时允许触发。
VR≈ 0.2VDD ；
VRF为参考电压及复位输入端。
一般接 VDD 。
接“0”时可使定时器复位；
A为可重复触发和不可重复触发控制端。
当A= “1”时，允许重复触发，当A=“0”时不可重复触发；
VO为控制信号输出端。
由 Vs 上跳边沿触发使 Vo 从低电平跳变到高电平时为有效触发。
在输出延时间 Tx 之外和无 Vs 上跳变时 Vo 为低电平状态；
RR1 RC1 为输出延迟时间 Tx 的调节端。
Tx ≈ 49152R1C1；
RR2 RC2 为触发封销时间 Ti 的调节端。
Tx ≈ 24R2C2；
选取A=“0”，即为不可重复触发方式，当传感器检测到人体时，2脚输出高电平。
当热释红外探测器检测到生命信息时，单片机会控制机器人进入中断，进而结合机器人系统中的其他定位模块，确认人的具体方位，趋近机器人车体接近目标，再次打开热释红外探测器确认是否有遇难者。
电路的具体参数为R1=47K，C1=0.01uF，R2=1K，C2=0.01uF，输出延迟时间
Tx≈49152R1C1=2.3s，触发封销时间Ti≈24R2C2=0.24ms。
2 系统工作流程图
3 结论
该红外探测器本身不发出任何辐射，功耗低，隐蔽性较好且价格低廉。
但人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收且只对运动的人体反应灵敏，因此，在安装时可以将传感器尽量放在机器人车体前方安装的舵机的轴上，使传感器跟随舵机的轴一起在180°的范围内转动，这样就可以保证遇难者始终与热释红外探头有相对运动。
为了进一步增大搜索角度，也可以机器人车体后部的两端也分别安装两个传感器，保证机器人可以在运动过程中搜寻360°的范围。
参考文献
[1]刘舒祺,施国梁.基于热释电红外传感器的报警系统[J].国外电子元器件,2005(3).
[2]韩芝侠,淡涛,黄庆华.热释电红外传感器的应用[J].陕西工学院学报，2003(3).
[3]王洪有，邵明省.基于红外热释电处理芯片BISS0001的安全防范系统设计[J].山西电子技术，2008(4).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。