灭火机器人的结构设计与控制
轮足混合式消防机器人的结构设计与分析
轮足混合式消防机器人的结构设计与分析0 引言随着社会经济的发展以及大型石油化工企业和隧道、地铁等建设项目的不断增加，危险化学品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌事故也在增多。
特别是一些特殊的企业发生的火灾，如化工企业、纺织企业等，具有突发性强、燃烧猛烈等特点，并且火灾过程中会产生大量的有毒气体，严重地危害周围群众和救灾人员的生命安全。
因此，研发成本低、功能强、经济实用的消防灭火机器人具有重要意义。
最早的消防机器人是1986年日本东京消防厅“彩虹5号”机器人，可代替消防人员进入复杂地形灭火。
2006年，由挪威科学家研制出一种蛇形消防机器人，进入消防救援人员无法进入的场所实施灭火工作。
2008年，由德国马格德堡一施腾达尔大学设计开发了一种球形新型消防机器人“甲虫奥勒（OLE）”，可以用来监测森林火灾。
在2012年美国HoweandHowe Techonologies公司开发了一款消防机器人Thmite，可解决列车脱轨事故中由核燃料和化学燃料产生的火灾。
近年来，我国的消防机器人研究得到了政府和有关部门的支持，如西北工业大学彭涛提出一种高空消防机器人模糊控制设计方案，但其移动速度和材料制备都有很大的难度。
南京林业大学的姜树海设计了一种用于森林消防的六足机器人，但在其运动过程中关节力矩过大会对驱动电机造成一定程度的损害。
上海交通大学机器人研究所的徐正飞提出集火场探测、消防以及有毒、易燃、易爆气体场所探测等多种功能于一体的遥控关节式移动机器人控制系统，但目前仍停留于理论研究。
综合国内外消防机器人的研究现状，发现目前对于老旧楼道、狭窄隧道的火灾问题仍处于理论研究状态，无法有效地对火灾进行扑灭。
针对此问题，本文设计了一种可在四驱轮式和双足步态行走自由切换，并可实现全方位喷射的消防机器人。
首先对机器整体结构进行设计分析。
其次，对主要零部件进行SolidWorks建模仿真分析，采用MATLAB/Simulink对行走装置进行振动仿真分析。
灭火机器人课程设计报告
灭火课程设计报告灭火课程设计报告1、引言灭火是一种能够在火灾发生时自动执行灭火任务的智能。
它的设计和制造具有重要的意义，可以帮助人们更好地应对火灾事故，减少火灾对人类和财产的伤害。
本报告将详细介绍灭火的课程设计过程。
2、设计目标本课程的设计目标是设计出一款功能强大、操作简单、安全可靠的灭火。
具体目标包括：2.1 实现自动巡航功能，能够在火灾发生时快速抵达火灾现场；2.2 配备适用于不同火灾场景的灭火装置，能够完成有效的灭火任务；2.3 采用先进的传感器技术，实时监测火灾情况，并对环境进行实时评估；2.4 具备自主判断能力，能够根据火灾情况自主调整灭火策略；2.5 实现远程控制功能，方便人员对灭火进行操作和监控。
3、系统架构灭火的系统架构包括硬件和软件两个部分。
3.1 硬件设计3.1.1 机械结构设计：设计的外形结构和运动装置，使其能够在复杂的环境中自由移动和操作。
3.1.2 动力系统设计：选择合适的动力源，并设计相应的动力系统，满足长时间工作的需求。
3.1.3 传感器选择和布置：选择适用于火灾检测和环境感知的传感器，并合理布置在上。
3.1.4 灭火装置设计：根据不同火灾场景的需求，设计合适的灭火装置，确保有效的灭火效果。
3.2 软件设计3.2.1 控制系统设计：根据的任务需求，设计控制系统，实现的自主导航和灭火操作。
3.2.2 通信系统设计：设计灭火与远程控制终端的通信系统，实现远程控制和监控功能。
3.2.3 算法设计：开发适用于灭火的控制算法和灭火策略，保证能够高效地执行灭火任务。
4、实施计划本课程的实施计划分为以下几个阶段：4.1 需求分析阶段：对灭火的功能需求进行详细分析和定义。
4.2 设计阶段：基于需求分析结果，进行机械结构设计、动力系统设计、传感器选择和布置、灭火装置设计、控制系统设计、通信系统设计以及算法设计。
4.3 制造阶段：根据设计结果，采购和制造所需的各种零部件，并进行整体组装。
灭火机器人课程设计报告
灭火机器人课程设计报告灭火机器人课程设计报告一、引言随着技术的发展，人工智能机器人已经逐渐融入我们的日常生活，成为解决问题的重要工具。
在这个课程设计中，我们将开发一款基于机器学习技术的灭火机器人。
通过模拟真实的火灾救援场景，机器人需要学会识别火源、规划安全路径，并采取正确的灭火策略。
这个项目将综合运用机器学习、路径规划、机械设计等多方面的知识，旨在提高学生的创新思维和实践能力。
二、机器人硬件设计1、移动平台：为了能让机器人移动到指定的位置，我们选择使用轮式移动平台。
通过配置多个传感器，机器人可以感知周围环境，确保在复杂地形中稳定移动。
2、机械臂与灭火装置：为了实现抓取和操作灭火设备的功能，我们设计了一款具有多个自由度的机械臂。
在机械臂的末端，安装了一个可以喷射灭火剂的装置。
3、传感器系统：机器人配备了火焰传感器、温度传感器和烟雾传感器，以检测火灾位置和程度。
此外，还安装了红外摄像头，用于识别和避开障碍物。
三、机器学习算法我们采用深度学习算法来训练机器人的火灾识别模型。
首先，我们从大量火灾图片中提取出特征，然后使用卷积神经网络（CNN）进行训练。
通过训练，模型能够根据摄像头捕捉的图像，准确判断是否存在火源。
四、路径规划算法机器人需要从起点到达火灾地点，期间需要避开障碍物。
为此，我们采用了基于A算法的路径规划方法。
A算法是一种启发式搜索算法，能够根据当前状态和启发式信息，寻找最短路径。
通过定义每个节点的代价，算法能够计算出从起点到目标点的最短路径。
五、控制系统机器人的行为由嵌入式控制系统控制。
该系统包括一个主控制器和多个从控制器。
主控制器负责接收用户的指令和传感器数据，从控制器负责执行主控制器的命令，控制机器人的移动和机械臂的操作。
主控制器通过无线通信与从控制器进行数据交换。
六、实验与结果为了验证机器人的性能，我们在实验室环境下进行了一系列测试。
测试中，机器人成功识别了火源，并根据路径规划算法避开了障碍物，最终到达火灾地点，成功执行了灭火任务。
灭火机器人的设计
2、机器人在左拐弯的位置不向左拐 这说明机器人在左拐弯的位置仍检测到障碍， 我们只需减小前方红外发射器的发射强度就行了。 如果仍无法解决问题，可尝试减小左侧红外发射 器的发射强度。如果是右手走，可以不用左红外 测障，以免误测。
3、机器人在向左拐弯时卡在左墙壁上 这说明机器人在左拐弯时转动的弧度不够大。 所以我们需要在程序中调整左右马达的速度，使 其左拐弯的弧度变大。调整的方法有许多种，例 如：提高左马达的速度或降低右马达的速度；也 可以加快前冲的速度。
(3)灭火方式 机器人灭火比赛对灭火方方式没有一定限制， 但不能使用任何危险的或可能破坏比赛场地的方 法或物质来灭火（如通过燃放爆竹产生冲击来使 蜡烛熄灭），也不能通过碰倒蜡烛的方式来灭火。 它可以运用类似水、空气、二氧化碳等，由于采 用风扇的方式简单可靠易行，因此大多数用户都 采用灭火这种方案。
灭火机器人简介
目录
一. 二. 三. 四. 五.
硬件电路设计 控制策略 设计注意事项 可能碰到的问题及相应解答 演示与问答
近年来，我国石化等基础工业有了飞速的发展， 在生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增 长,由于设备和管理方面的原因，导致化学危险品 和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。灭火 机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火 场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。 它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实 战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的 伤亡将产生重要的作用。国内消防部队要求研制、 配备灭火机器人的呼声越来越高。因此研制灭火 机器人，对我国21世纪的消防装备的发展以及消 防部队的技战术的拓展将产生重要的影响。
灭火风扇要大一些，灭火时间要设置长一些。比 赛中我们发现，有的机器人在发出灭火动作后3秒 钟就可将蜡烛熄灭，也有的机器人花了近30秒钟 才将蜡烛熄灭，这是风扇大小的原因造成的。如 果你的风扇比较小，你可以考虑将灭火的时间设 置长一些。
课程设计灭火机器人设计报告.doc
课程设计灭火机器人设计报告目录1.概述1 2.作品的总体设计1 2.1系统功能及技术指标1 2.2系统的构成3 2.3主要设备及元器件选型3 2.4系统核心处理策略4 3.作品的详细设计5 3.1硬件设计5 3.1.1传感器与A/D转换5 3.1.2电机驱动7 3.1.3灭火9 3.1.4控制系统10 3.1.5电源11 3.1.6系统原理图及元器件清12 3.1.7 PCB设计13 3.1.8系统硬件资源清单15 3.2软件设计15 3.2.1程序流程图15 3.2.2传感器及A/D转换程序设计16 3.2.3电机驱动程序设计17 3.2.4完整程序代码18 3.3外形设计23 4.调试与测试25 5.结论25 6.感想（小组成员心得体会）26 7.参考文献27 1. 概述一直以来，恶劣环境下的工作一直影响着人们的身心健康，很多人希望用机器来取代人类在危险环境下作业，这种迫切的需要促使机器人诞生。
由于现代化都市生活火灾隐患处处存在，火灾也频繁发生。
在高度危险的火灾现场，即使是消防队员也无能为力，因此，迫切需要一种智能化灭火机器人来代替消防员执行高度危险的、高负荷的任务。
本作品具有智能化自动巡视寻找火源，智能避障的的特点，当它进入一个房间后，巡视整个房间以寻找火源，行进的过程中能够精确躲避障碍物。
发现火源后，本作品能自动校准行进方向，判断与火源的距离，进入有效灭火范围内自动启动灭火装置进行灭火。
本作品适用于危险火灾现场的灭火和对火灾现场进行火源排查。
2. 作品的总体设计2.1系统功能及技术指标本作品具有以下五个模块组成控制模块、驱动模块、传感器模块、灭火模块、电源模块。
1．控制模块采用Atmel89S52单片机作为本系统的核心控制芯片。
它能接收ADC0804转换的数字信号，对其进行一系列处理，根据处理结果，驱动电机做相应的运动，并能控制风扇转动进行灭火操作。
2．驱动模块驱动模块采用L298芯片与两个直流电机，该芯片能够接收单片机发出的控制信号，同时驱动两个直流电机运动。
家庭灭火机器人设计报告设计
名称：家庭灭火机器人设计报告学院：电子与信息工程学院目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2实现功能 (1)第二章系统整体方案设计 (1)2.1系统硬件设计 (1)2.2系统软件设计 (1)第三章硬件设计 (2)3.1电源管理模块 (2)3.1.1电源模块电路原理图 (2)3.2电机驱动芯片L298N (2)3.2.1.L298N电路原理图： (3)3.3避障检测传感器HS0038 (4)3.3.1 HS0038简介： (4)3.3.3 检测原理： (4)3.3.4 HS0038与单片机连接原理图： (4)3.4地面灰度检测传感器ST188 (4)3.4.2 检测原理： (5)3.4.3 应用范围： ............................................................................................ 错误！未定义书签。
3.4.5 ST188原理图： (5)3.5火焰传感器 (5)3.5.1火焰传感器使用 (6)第四章软件设计 (6)4.1灭火机器人行进路线分析 (6)4.2软件流程图 (8)第五章调试记录 (9)5.1调试记录 (9)第六章实验心得 (9)参考文献 (10)附录1: 程序清单 (11)附录2: 灭火机器人实物图及灭火场地 (18)第一章 绪论1.1课题背景随着社会的进步，机器人技术的不断发展使得机器人的应用领域不断扩展，从以往多应用于工业领域而渐渐融入人们的生活。
灭火机器人作为消防部队中的新兴力量，加入了抢险救灾的行列。
灭火机器人是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了智能机器人系统的发展方向。
1.2 实现功能制造一个自主控制的机器人在一间平面结构房子模型里运动，找到一根蜡烛并尽快将它熄灭，这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、齿轮箱与轮子的摩擦、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程，蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。
履带式双控灭火移动机器人的设计与实现
通 过 以上硬 件 电路对 灭火机 器人 进行 运动控 制 。程
序 开始 后首先 进行数 据初始 化 ，然后 灭火机 器人根 据 三 种 不 同情 况 执 行 相 应 的动 作 ，若 检 测 到 障 碍 物 ，则进 入避 障子程 序 ；若 无 障碍物 ，则进 入寻 迹
子 程序 ；若找 到火源 ，则选 择控 制模 式 ，进 入喷 灭
图２ 灭 火 执 行 机 构 简 图
火 剂灭火 子程序 。灭 火完成 后 ，整 个程序 结束 。
２ 控 制系统设计
２１ 硬 件设计 ．
本 系统 硬 件 部 分 由主 控 制 器 模 块 、运 动 控 制
模 块 、 电源 模块 、火焰 检 测模 块 、舵机 控 制模 块 、
直 流 电机 驱动 模 块 、无 线 射频 收发 模块 和 ＧＳ 模 Ｍ
块 ，通过 ＧＳ 技 术进 行人 机 交流 ，同时主 控 制器 Ｍ
模 块 启 动 自动 灭火 模 式 ，驱 动 机 器 人 的 电机 ，使
【 转 第 １ 页】 下 ９
２２ 软件设 计 ．
根据灭 火过 程要 求和 系统 硬件 电路组 成 ，采用
【２ 第 ３ 卷 １】 ４ 第９ 期 ２１－ （ ） ０２ ９上
时 ，根 据 火 点火 势 的大 小 控 制 灭 火 器 阀 门的 开 度 以及 喷头摆 动 的角度 ，实施 灭 火作业 。 在 远 距 离或 强 火 势 、火 场 的能 见 度 低 ，不 便 于操 控 者 对 灭 火 机 器 人 实 行 遥 控 的 情 况下 ，可 以 切 换 到 自动 灭 火 模 式 。 自动 模 式 下 灭 火 机 器 人 可
灭火机器人课程设计报告
灭火课程设计报告正文：一.前言本文档是灭火课程设计报告，旨在介绍设计和开发一个能够自主进行灭火操作的。
本文档详细描述了该的设计需求、功能模块、系统架构、软硬件设计等关键内容，同时还包含实施计划、测试方案和项目进展等信息。
二.设计需求在城市中，火灾是一种常见的灾害，危及人们的生命和财产安全。
灭火的设计目标是能够在火灾发生时迅速到达现场进行灭火，保护人们的生命财产安全。
设计需求包括以下几个方面：1. 自主导航能力：需要具备能够在复杂环境中自主导航的能力，包括避障、寻路等。
2. 环境感知能力：需要能够感知周围环境，检测火灾状况，包括火源位置、火势大小等。
3. 灭火能力：需要能够进行灭火操作，包括喷水、喷雾等灭火手段。
4. 远程控制能力：需要能够远程控制，以便操作人员能够对进行指令控制。
三.功能模块基于上述设计需求，我们将的功能模块划分为以下几个部分：1. 导航模块：负责的自主导航功能，通过SLAM算法实现地图构建和路径规划。
2. 环境感知模块：负责的环境感知功能，包括火灾检测、温度检测等。
3. 灭火模块：负责的灭火操作，包括水源获取、喷水喷雾等。
4. 远程控制模块：负责的远程控制功能，操作人员可以通过遥控器或者方式App对进行控制。
四.系统架构基于以上功能模块，我们设计了如下的系统架构图：（插入系统架构图）五.软硬件设计在软硬件设计方面，我们将的核心控制模块采用嵌入式系统，利用ROS进行软件开发和控制。
同时，为了提高的稳定性和可靠性，我们选择使用高性能的电机和传感器，以及防火材料进行机械设计。
六.实施计划我们根据项目需求和资源情况，制定了如下的实施计划：1. 第一阶段：设计需求分析，完成系统设计和功能规划。
2. 第二阶段：软硬件开发和集成测试，实现各个功能模块的开发和测试。
3. 第三阶段：系统集成与调试，完成系统整体集成和测试。
4. 第四阶段：性能测试和优化，对系统性能进行测试和优化。
5. 第五阶段：项目总结和报告撰写，撰写课程设计报告并进行项目总结。
灭火机器人教程
灭火机器人教程引言灭火机器人是一种自动化设备，用于在火灾发生时执行灭火任务。
它不仅能够保护人们的生命安全，还可以有效地减少火灾对环境和财产的破坏。
本教程将介绍灭火机器人的工作原理、使用方法以及必要的安全事项。
1. 灭火机器人的工作原理灭火机器人通常由机械结构、电子系统和控制系统等组成。
其工作原理主要包括以下几个方面：1.1 机械结构灭火机器人的机械结构由底盘、臂架、水泵等组成。
底盘通常由轮子或履带构成，用于移动机器人到达火灾现场。
臂架可以实现多个方向的伸缩和旋转，以便灭火器材的准确投放。
水泵用于将水或灭火剂从水源供给到火灾现场。
1.2 电子系统灭火机器人的电子系统包括传感器、控制器和通信设备。
传感器用于检测火灾的位置、温度和烟雾等信息，以便机器人能够准确地定位和判断火灾现场。
控制器则负责控制机器人的运动和操作，以达到灭火的目的。
通信设备可以与指挥中心或其他机器人进行数据交换和协同作业。
1.3 控制系统灭火机器人的控制系统可分为自主控制和远程控制两种模式。
在自主控制模式下，机器人能够独立地探测和灭火，根据事先设定的策略进行操作。
在远程控制模式下，操作员可以通过遥控器或计算机控制机器人的移动和操作。
2. 灭火机器人的使用方法灭火机器人的使用方法主要包括以下几个步骤：2.1 火灾侦测灭火机器人会通过传感器检测火灾的位置、温度和烟雾等信息。
一旦检测到火灾，机器人将自动进入灭火模式。
2.2 灭火器材准备机器人在灭火前需要准备好灭火器材，如水泵、泡沫灭火剂等。
操作员可以在指挥中心或远程控制设备上进行相应的操作。
2.3 灭火操作灭火机器人将根据火灾的位置和性质选择合适的灭火方法。
它可以使用水枪或喷射泡沫灭火剂等进行灭火。
2.4 灭火监控在进行灭火操作时，机器人会实时监控灭火效果和火势的变化。
如果火势得到有效控制，机器人将继续执行灭火任务，否则将采取相应的应急措施。
2.5 灭火结束一旦火势得到有效控制，机器人将停止灭火操作，并等待进一步的指令或返回指定位置。
灭火机器人的设计
存档日期：存档编号：徐州师 X 大学本科生毕业论文（设计）论文题目：灭火机器人的设计姓名：院系：专业：电气工程及其自动化班级：指导教师：XX师X大学教务处印制摘要机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。
它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。
一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。
”随着社会与国家的发展，在经济迅速增长的同时，各种危险场所不可避免的火灾频繁出现，给社会安全造成了很多隐患，于是现代火灾及时补救已成为迫在眉睫需要解决的问题，救火早一刻就少一分损失，消防救援人员固然速度已经很快，但也需要一段不小的时间，而且进入救火现场还有生命危险的可能，于是消防机器人的理念诞生了，笨设计主要就是针对消防机器人的制作与研究，机器人以AT89S52单片机为控制核心，加以电源电路、电机驱动、光电传感电路、火焰检测电路、灭火风扇以及其它电路构成。
电源电路提供系统所需的工作电源，专用电机驱动芯片驱动电机控制机器人的前进后退以及转向，光电对管完成寻迹和避障，光敏电阻传感器检测火焰，灭火风扇进行灭火。
本设计制作的消防机器人具有简易灭火功能，达到了实现现场灭火的目的，设计较好地完成了课题目标。
关键词：灭火电机驱动传感器AbstractThe Robot is automatic Robot (executed) the machine work. It can accept human mand, and can run in the program, also can be arranged according to the principle of artificial intelligence technology platform for action. Its mission is to assist or replace human work work, such as manufacturing, construction, or dangerous job.Now, on the concept of international robot has gradually reaching agreement. Generally speaking, people can accept this statement, namely the robot is under their own power and control ability to achieve various functions of a machine. UN standardization organization adopted American association of robot to robot definition: "a programmable and multi-function, material handling, parts and tools for CaoZuoJi; or different tasks and can change and programmable action of special system."Along with the development of society and the state, in rapid economic growth, at the same time, various dangerous places inevitably occur frequently, and give the fire caused many hidden danger of social security, and has bee a modern fire timely remedial urgent needs to solve the problem of fire, as a moment, fire crews loss rate is fast, but also needs to have a period of time, and enter the fire scene and dangerous life may be, so fire robot concept was born, stupid design is mainly for the production and research fire robot, robot with AT89S52 SCM as control core and power circuit, motor drive, photoelectric sensor circuit, flame detection circuit, fan and other circuits. The power circuit provides system work power, special motor drive chip motor control of the robot, forward and backward and turned on the photoelectric plete tracing and obstacle avoidance, photoconductive resistance sensor detection flame, fire extinguishing fan. The design of the fire extinguishing function, simple robot to achieve the goal, the design better pleted the task goal.Key words：extinguishing motor driver sensor目录摘要.............................................................. (Ⅰ)Abstract………………………………………………………………………..Ⅱ1绪论 (Ⅲ)1.1机器人的产生背景11.2机器人的发展及现状 (1)1.2.1机器人的发展 (1)1.2.2灭火机器人 (3)1.3本文的主要内容 (3)2方案的整体设计与比较 (4)2.1整体方案设计………………………………………………………….……............错误!未定义书签。
矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用
矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用随着现代采矿技术与自动化水平的提高，矿井火灾的防治也越来越受到重视。
为了提高矿井灭火效率，降低职业安全事故的风险，矿井用灭火机器人的应用成为了技术人员们的研究重点。
本文将介绍矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用。
一、硬件电路设计1.机器人车体电路机器人车体电路的设计基本遵循了基础电路设计的思路，包括主控器、电机驱动器、电池组、传感器和通信模块等五大部分。
主控器采用单片机作为核心，控制机器人的各种运动和拓展功能。
电机驱动器是控制电机转动的核心元件，控制电机的转速、力量等参数。
电池组则为机器人提供能量。
传感器则是用于感知环境的关键设备，根据环境变化来控制机器人动作。
通信模块则为机器人与外界的通信媒介。
2.灭火电路灭火电路的设计核心是采用喷雾技术实现消防。
采用CO₂喷雾器，能在短时间内形成密闭、干燥的消防环境，从而有效地扑灭矿井火灾。
灭火电路主要包括控制喷雾器的电路、控制灭火器的开关电路和电源电路等组成。
其中，控制喷雾器的电路是实现喷雾的核心部分，它控制了喷雾器的开关、喷射时间和喷雾方式等。
控制灭火器的开关电路则是用于控制火箭反应器、活炭灭火器等火灾灭火设备的开关。
电源电路则是用于给灭火装置和机器人主电路供电，提供可靠的电源保证。
二、应用1.探测与定位矿井火灾发生后，要先进行探测与定位。
矿井用灭火机器人配备有多种传感器，包括温度传感器、烟感传感器、气体传感器等。
这些传感器能够及时感知矿井内的环境情况，并传回给主控器。
主控器通过算法处理这些数据，将矿井的火灾位置精准定位，为后续的救援工作做好准备。
探测与定位完成后，机器人将自动进入灭火模式。
通过控制灭火器设备，主控器精准地控制着喷雾喷洒、火箭反应器炸开、活炭套装等灭火设备的使用，以达到矿井内的消防目的。
矿井灭火机器人不仅能够实现立体灭火，实现消防的智能化和自动化，还能够对矿井内部环境的监测和记录，以及对消防情况的实时反馈和报警。
矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用
矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用随着科技的不断进步，机器人技术在人们的生活中得到广泛应用。
矿井用灭火机器人是其中之一，广泛应用于矿井等高危场所的灭火工作。
本文重点介绍矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用，包括机器人整体架构、传感器选型、控制电路设计等方面。
一、机器人整体架构矿井用灭火机器人主要由以下部分组成：1. 机器人底盘机器人底盘是整个机器人系统的基础，用于支撑各种传感器、控制器等电子设备，并支持机器人的行动。
2. 灭火装置灭火装置是机器人主要的功能模块，一般采用水泵、喷嘴等设备进行灭火。
3. 控制系统控制系统用于控制机器人的各种行动和灭火操作，主要包括主板、芯片、驱动器和电源等设备。
4. 传感器传感器是机器人的“眼睛”和“耳朵”，用于感知环境信息，包括超声波、红外线、烟雾传感器等。
二、传感器选型矿井环境复杂，传感器的选型至关重要，需要根据实际情况选择合适的传感器。
具体传感器选型如下：烟雾传感器是矿井灭火机器人中非常重要的一种传感器，可用于监测矿井内烟雾的情况，以及警报控制部分执行灭火任务。
矿井内存在大量的火、煤尘等易燃物质，为保证机器人能够及时执行灭火任务，需要使用温度传感器实时监测矿井内的温度情况。
红外线传感器主要用于测量矿井环境中的距离信息，并将如此信息反馈至机器人的控制器，让机器人根据不同的情况做出不同的应对动作。
雷达传感器是一种有效地观察矿井内部的距离状况的传感器，也是矿井灭火机器人中常用的传感器。
三、控制电路设计矿井用灭火机器人的控制电路设计非常重要，主要功能是对传感器获取到的数据进行处理，并指导机器人进行相应的行动。
1. 主控板选型主控板作为整个机器人系统的大脑，需要选择合适的主控板，根据所需功能、操作系统、性能以及扩展性等因素进行研究和比较。
一般情况下，矿井灭火机器人阳光选择单片机、FPGA等主控板，当然，品牌、型号等要根据实际情况，选择经验丰富的专业人员进行各种技术比较。
灭火机器人结构与控制设计
灭火机器人结构与控制设计灭火机器人的结构设计主要包括机器人底盘、机械臂、传感器和灭火装置等部分。
底盘是机器人的基础，负责机器人的移动和平衡控制。
通常采用轮式底盘，具备足够的稳定性和机动性，可以在复杂的火灾现场进行灵活移动。
机械臂是机器人的“手臂”，用于操作灭火装置、搜救受困人员等任务。
传感器是机器人的“感知器官”，用于感知火灾现场的温度、气体浓度等信息，提供给控制系统做出智能决策。
灭火装置是机器人的关键部分，通常采用液态或气态灭火剂进行灭火，具备灭火效果好、灭火范围大的特点。
灭火机器人的控制设计主要包括传感器数据获取与处理、路径规划与导航、灭火装置控制等子系统。
传感器数据获取与处理是指通过传感器获取火灾现场的温度、气体浓度等信息，并进行数据处理与融合，提供给控制系统做出决策。
路径规划与导航是指通过路径规划算法确定机器人的移动路径，并通过导航控制机器人沿着规划好的路径移动到指定位置。
灭火装置控制是指根据火灾现场的实际情况，控制灭火装置的开启、关闭等操作，实现灭火任务的完成。
灭火机器人的控制系统通常采用分层结构，在不同层次上实现控制的任务。
最底层是底盘控制模块，负责底盘的运动控制和平衡控制，通过电机控制系统实现机器人的前进、后退、转弯等动作。
中层是机械臂控制模块，负责机械臂的运动控制和灭火装置的操作控制，通过电机控制系统实现机械臂的伸缩、旋转等动作。
最上层是智能控制模块，负责传感器数据的处理与决策，通过算法实现路径规划、导航和灭火装置的开启、关闭等操作。
灭火机器人的控制算法是实现自主控制的关键。
路径规划算法可以通过地图信息和传感器数据计算出机器人的最优路径，提高机器人的行动效率。
导航算法可以根据机器人的运动状态和传感器数据实现精确的导航控制，使机器人能够准确地达到指定位置。
灭火装置控制算法可以根据火灾现场的温度、气体浓度等信息，实时调整灭火装置的开启、关闭等操作，保证灭火效果和安全性。
综上所述，灭火机器人的结构设计和控制设计是灭火机器人性能和效果的关键。
灭火机器人课程设计报告
智能机器人课程设计设计题目：灭火智能机器人的设计和实现目录第1章机器人系统总体方案设计 (3)1.1 设计目标 (3)1.2 机器人功能设计及指标要求 (3)1.3 机器人系统总体结构设计 (4)第2章机器人系统硬件详细方案设计 (5)2.1 传感器选型 (5)2.1.1 超声波测距传感器 (5)2.1.2 红外避障传感器 (5)2.1.3 火焰传感器 (5)2.2 机器人系统硬件连接图 (6)2.2.1 STM32单片机最小系统 (6)2.2.2 电源模块 (7)2.2.3 红外避障传感器 (7)2.2.4 超声波测距传感器 (8)2.2.5 火焰传感器 (8)2.2.6 电机驱动模块 (8)第3章机器人系统软件详细方案设计 (9)3.1 主函数 (9)3.2 超声波测距程序 (10)3.3 红外避障引脚设置程序 (12)3.4 电机驱动程序 (12)3.5 火焰检测程序 (12)第4章机器人系统开发调试步骤 (13)4.1 传感器选型和引脚分配 (13)4.2 传感器独立测试 (13)4.2.1 超声波测距传感器测试 (13)4.2.2 红外避障传感器测试 (13)4.2.3 火焰传感器测试 (13)4.3 电机独立测试 (14)4.4 综合测试 (14)第5章实验中遇到的故障及解决方法 (15)第6章收获与体会 (16)第1章机器人系统总体方案设计1.1 设计目标本次课程设计的目标是：在一辆两驱智能小车的基础上，搭载各种传感器，设计出一款具有自动避障和搜寻火点功能的智能机器人，可以完成简易的灭火功能。
设定的实验环境为带有隔板障碍的4*4方格迷宫，如图1-1所示。
起火点随机放置在其中一个方格中。
机器人需要从起点开始搜寻火点，躲避障碍，最终靠近火点一定距离时，小车停止运动，进行接下来的灭火操作。
图1-1 机器人灭火场地布局图本课设旨在通过一类典型智能机器人的设计、调试，掌握各环节和整个智能机器人系统的调试步骤与方法，加强基本技能训练，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。
家庭灭火机器人设计报告设计15页word
名称：家庭灭火机器人设计报告学院：电子与信息工程学院目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2实现功能 (1)第二章系统整体方案设计 (1)2.1系统硬件设计 (1)2.2系统软件设计 (1)第三章硬件设计 (2)3.1电源管理模块 (2)3.1.1电源模块电路原理图 (2)3.2电机驱动芯片L298N (2)3.2.1.L298N电路原理图： (2)3.3避障检测传感器HS0038 (3)3.3.1 HS0038简介： (3)3.3.3 检测原理： (3)3.3.4 HS0038与单片机连接原理图： (3)3.4地面灰度检测传感器ST188 ............................. 错误!未定义书签。
3.4.2 检测原理： (3)3.4.3 应用范围：...................................... 错误!未定义书签。
3.4.5 ST188原理图： (3)3.5火焰传感器 (4)3.5.1火焰传感器使用 (4)第四章软件设计 (4)4.1灭火机器人行进路线分析 (4)4.2软件流程图 (5)第五章调试记录 (5)5.1调试记录 (5)第六章实验心得 (5)参考文献 (6)附录1: 程序清单 (6)附录2: 灭火机器人实物图及灭火场地 (12)第一章绪论1.1课题背景随着社会的进步，机器人技术的不断发展使得机器人的应用领域不断扩展，从以往多应用于工业领域而渐渐融入人们的生活。
灭火机器人作为消防部队中的新兴力量，加入了抢险救灾的行列。
灭火机器人是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了智能机器人系统的发展方向。
1.2 实现功能制造一个自主控制的机器人在一间平面结构房子模型里运动，找到一根蜡烛并尽快将它熄灭，这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、齿轮箱与轮子的摩擦、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程，蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。
灭火机器人的设计与制作
灭火机器人的设计与制作之主控板在控制主板的设计过程中，考虑到系统的可重用性和灵活性，采用两个双面板相连的设计，即上层是ARM最小系统板，下层是系统附加功能扩展板，这样的设计也降低了PCB设计的复杂性。
PCB设计中大量采用贴片元器件，提高了系统的稳定性。
灭火机器人控制主板主要分为上层最小系统板，包括微处理器、指示灯、按键等；下层板主要包括A/D采样模块、电机驱动模块、稳压电源模块等。
控制主板实拍图如下：灭火机器人主控板上层最小系统板设计时考虑今后能独立使用在其它平台上，所以电路中包含了电源电路、复位电路，JTAG调试电路等，并且搭载了三个LED、四个KEY、一个BEEP作为系统的输入输出装置。
电源电路采用简单的三端稳压IC，加入钽电容和瓷片电容进行滤波，并在MCU的电源输入口再次用钽电容和104瓷片电容进行滤波，防止MCU因为电源波动意外复位，保证系统稳定可靠运行。
复位电路采用集成的复位芯片CAT1025，该芯片支持高、低电平复位以及上电和手动两种复位方式，并且内部集成了EEPROM，通过IIC总线与MCU进行通信，能够存储一些系统常用配制信息。
一般情况下，MCU的吸收电流比驱动电流要大，因此LED的连接采用共阳的方式，即将LED阳极接到3.3V电源上，将负极连到I/O口上，如此可以减轻MCU的驱动负担。
另外，在最小系统板上也留出了丰富的扩展接口如串口、IIC、USB口，USB工作指示灯接口在不使用时亦可当作普通I/O口来使用。
为了最小系统板在独立使用时容易放置并且防止短路，将接插件母座焊接在最小系统板反面，与安装在下层板正面的公座对接。
下层板留出了许多功能接口，以便将来能即插即用。
下层板的外围放置的是接插件和大的分立器件，中间区域即最小系统板下面是不用插拔且体积较小的四个稳压电源电路及声音检测电路，既节省了空间又不会与上层板接触。
下层板共有十路A/D插座供传感器使用，两路PWM输出控制舵机，两路直流电机驱动，两路边缘捕获输入用来连接电机码盘反馈，提供包含电源的四针UART、IIC各一路。
智能灭火机器人设计
智能灭火机器人设计
智能灭火机器人是一种能够在火场进行灭火、监测、和搜索任
务的智能机器人。
其基本设计原则是满足以下需求：
1. 安全性：机器人必须能够具备自身的安全保障，要求其在火
场内能够稳定运行，灭火过程中不对人员、物件造成二次损伤。
2. 灵活性：应用场景复杂，机器人需要能够适应各种火场环境，能够快速移动并转化。
3. 多功能性：机器人需要同时具备搜索、预警、监测、定位、
灭火及报警等多种功能，能够为灭火人员提供有效的辅助帮助。
4. 智能化：机器人核心技术应包含智能化算法系统、感知及控
制系统等，能够实现远程操控和自主决策，提高对火场的敏感度和
及时响应。
5. 续航性：机器人需要长时间在火场内稳定运行，其电池续航
时间应足够长。
基于以上设计原则，智能灭火机器人通常包括以下模块：
1. 硬件模块：机身、轮子、传感器、电池等。
2. 控制模块：控制芯片、通讯板、电机驱动等。
3. 传感器模块：烟雾传感器、红外传感器、温度传感器等。
4. 智能算法模块：深度学习、神经网络等算法优化。
5. 灭火系统模块：水泵、水箱、喷洒系统等。
智能灭火机器人是一种集多项核心技术于一身的高科技产品，
其设计需要多个领域协同努力，才能实现优秀的性能表现。
智能灭火机器人设计方案
智能灭火机器人设计方案根据制造一个自主控制的机器人在一间平面结构房子模型里运动并找到一根蜡烛尽快将它熄灭的任务，利用开关二极管、滤波电容、电阻、光电耦合、L298N、LM2596等元器件，设计出稳压降压电路和L298N驱动模块的PCB板，并通过STC12C5A60S2单片机导入自己设计的一系列如寻墙、寻火、灭火、回家等子程序，合理布局地面灰度传感器、红外光电传感器并在不断改进和调试下成功制作出能够准确完成任务的灭火机器人。
标签：机器人；灭火；传感器；电机驱动；稳压电路1 系统的整体方案设计整体选定右手法则，即小车基本一直沿右墙走，当进入房间后，如果没有火，则寻找下一个房间；如果有火，则开始执行寻火程序，直到离蜡烛30cm的检测到白线，再利用风扇将蜡烛熄灭，完成灭火功能。
因此设计的小车要求能够及时调节前进的方向，以便快速进入房间，顺利找到火源。
系统总体设计框图如图1：2 硬件设计该方案是设计一个在规定区域能自主搜索火源并实施灭火的智能机器人小车，设计使用的主控芯片为STC12C5A60S2单片机，设计重点在传感器和电机驱动上2.1 DC-DC 降压电路采用LM2596s-5.0芯片。
输入端给入11.1V～12.8V电压，输出端输出5V 电压。
LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。
本方案采用LM2596s-5.0，输入端给入11.1V～12.8V电压，输出端输出5V电压。
该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。
由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
2.2 避障传感器及其辅助电路本方案采用红外测距传感器来实现过程中的寻墙功能。
红外传感器是一种集发射与接收于一体的光电传感器。
具有受可见光干扰小、价格便宜、易于配装、使用方便的特点。
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摘要面对诸多恶劣的工作环境(如灭火、救援等)，为了有效的避免人员伤亡，就需要采用智能小车去现场来完成相应的任务。
因此研究和开发智能小车引导控制系统具有十分重要的意义。
本系统采用68HC11单片机作为核心控制芯片，设计制作了一款通过红外光电传感器检测路径信息、红外火焰传感器检测火源的智能寻迹灭火小车。
本系统由单片机控制模块、寻迹传感器模块、驱动电机模块、火源传感器模块、风扇模块、电源模块等组成。
实际应用表明，该小车可以在专门设计的场地上实现自主发现火源，自主识别路线，自主行进接近火源并灭火，最终完成灭火的任务。
关键词：单片机，小车，引导控制，传感器AbstractContent: Confronted with so many bad working environment (such as fire fighting, rescue etc), in order to effectively avoid casualties, need to use intelligent go by car scene to complete relevant tasks. Therefore, the research and development of intelligent car guide control system has the extremely vital significance. This system uses 68HC11 as the core control chip, design and make a new electric sensor detection by infrared sensor information, infrared flame path of intelligent tracing test fire extinguishing car. The system is composed of single-chip microcomputer control module, tracing sensor module, drive motor module, ignition sensor module, fan module, power supply module. The practical application indicates that the car can be in a specially designed field on fire, to realize the independent found autonomous recognition route, independent sources and marching close to the fire extinguishing, finally complete task.Keywords: Microcontroller , Car ,Control system, Sensors目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题来源与意义 (1)1.2课题背景 (1)1.3课题研究方法 (2)第二章能力风暴机器人的基本构成 (3)2.1外形构造 (3)2.2主板 (4)2.3 68HC11的基本知识 (4)2.4传动结构——齿轮箱 (5)第三章方案设计与论证 (6)3.1总体设计方案 (6)3.2小车的制作方案设计与论证 (6)3.3驱动电机模块的选定 (7)3.4寻迹传感器模块的选定 (7)3.5单片机控制模块的选定 (8)3.6火源传感器模块的选定 (8)3.7灭火模块的选定 (9)3.8电源模块的选定 (9)3.9最终方案 (9)第四章灭火控制方案与策略 (11)4.1 灭火场地 (11)4.2行走方案分析与确定 (11)4.3火焰定位 (13)4.4传感器的布置 (14)第五章灭火机器人灭火装置及结构设计 (15)5.1灭火方案的确定 (15)5.2水泵灭火装置结构设计 (16)5.3灭火机器人外形设计 (19)第六章控制程序设计 (20)6.1智能灭火小车系统总体流程 (20)6.2程序流程图 (21)6.3部分功能代码 (24)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第一章绪论1.1课题来源与意义随着时代的发展，机器人已经不是一个陌生的名词了，现在的电影大片中经常性的出现机器人，它们存在于工厂，普通人的家里，科技研究所，马路上等等，它们有智能的也有非智能的，有人型也有普通机械式的，其中对我们这代人来说印象最深刻的就要是风靡一时的好莱坞电影大片《变形金刚》，里面的机器人不但可以变身而且它们有自己的思想，是智能机器人但又高于智能机器人，它们近乎是一个个完整的独立的“人”。
现实生活中，机器人的运用也非常广泛，就马航失联一事来说，我国的“蛟龙”号探测机器人就发挥着人类无法替代的作用（人类无法承受深水下巨大的水压）；再如我国的“嫦娥”号探月机器人更是凝聚全国人民的心血，象征了华夏民族伟大的智慧的结晶。
总之，如今的时代方方面面有着的机器人的身影。
近几十年中，大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现。
由于这些建筑的特殊性，发生火灾时，不能快速高效的灭火。
为了解决这一问题，尽快救助火灾中的受害者，最大限度的保证消防人员的安全，消防机器人研究被提到了议事日程。
而机器人技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的保证，使得消防机器人应运而生。
目前智能机器人比赛在高校进行的如火如荼，很多高校都有自己的机器人协会及研究中心。
利用各类机器人平台还可以完成本科生、研究生的毕业课题研究。
我的毕业课题就来自于“能力风暴”智能机器人比赛。
本课题所选取的智能机器人平台就是广茂达公司推出的“能力风暴”智能机器人，本课题完成的就是灭火机器人结构与控制系统的研究。
1.2课题背景从二十世纪八十年代开始，世界许多国家都进行了消防机器人的研究。
美国和苏联最早进行消防机器人的研究，而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了消防机器人的研究，目前已有多种不同类型的消防机器人用于各种火灾场合。
我国从八十年代末期开始消防机器人的研究，公安部上海消防研究所等单位在消防机器人的研究中取得了大量的成果，自行式消防炮已经投入市场，履带轮式消防灭火侦察机器人也于2000 年 6 月通过了国家验收。
但是，我国消防机器人的研究还处在初级阶段，还有许多有待研究的问题。
比如，高层建筑发生火灾时，消防人员不可能在短时间内到达高处的火灾发生地点，在地下建筑中，由于环境比较潮湿，烟气不易扩散，消防人员不容易快速的判定火源位置；而在石化企业发生火灾时，将产生大量的毒气，消防人员在灭火时极易中毒。
研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人，协助消防人员进行火灾的定位和灭火，将有极大的社会意义。
基于人工智能的不断发展，各项高新技术的不断成熟，在可预见的将来，消防机器人在功能上会更具多样特点，在较多危险区域可以完全代替消防员，避免消防员生命伤亡。
同时也应该看到，我国在研究消防机器人方面较国外同行已落后太多，存在技术差异和代沟，消防机器人的不断研制、生产和装备过程，应坚持自主研制为主，引进为辅，提高我国消防部队消防装备现代化的水平并及时装备消防部队，提高消防部队打赢大仗、恶仗、硬仗和特殊战役的能力，提高消防部队在处置大型复杂火灾和应急救援的作战效能，提高消防部队的自我防护能力减少消防指战员的人身伤亡，更好地保卫我国经济发展。
1.3课题研究方法为了更好的完成设计任务，基于“能力风暴”机器人的开发平台，首先研究“能力风暴”机器人样机，了解机器人的结构、常用传感器以及它的软件开发平台，围绕控制机器人迅速稳定的完成灭火任务，测试传感器的基本参数，合理的布置传感器，编制程序，并调试最终能够控制机器人快速、稳定地完成灭火任务。
第二章能力风暴机器人的基本构成2.1外形构造能力风暴机器人的基本构造如图2-1及图2-2：图2-1 能力风暴机器人侧视图图2-2 能力风暴机器人俯视图2.2主板主板布局图如下：图2－3 ASU主板布局图2.3 68HC11的基本知识为了实现对机器人的控制，首先我们要对机器人的控制器有所了解，Motorala 生产的68HC11，使我们以极少的周边芯片获得了齐全的功能，8个模拟口，5个输入捕捉，3个PWM输出，16位地址，8位数据总线，串口，以及4个通用I/O。
68HC11的CPU 有两个8位累加器，两个16位变址寄存器、一个8位条件寄存器，一个16位堆栈指针和程序计数器；M6800/M6801指令系统，共300多条指令；16位加、减、乘、除指令。
68HC11的16位高性能定时器系统，8M 晶振，定时器频率为2MHZ （周期0.5μs ），3个输入捕捉，可测量脉冲数量，脉冲周期、宽度和相位等；5个输出比较，可输出PWM 信号，可以完成各种定时控制功能，有定时器溢出中断功能。
高性能定时器是68HC11的特色，机器人中用输入捕捉计码盘信号，用输出比较功能控制直流电机。
68HC11的A/D 转换器具有8个输入通道和四个转换结果寄存器，能够一次完成四路A/D 转换或连续对同一路采样转换4次的功能。
后一种功能可以方便实施去掉最大、最小，取均位的滤波方法。
机器人的碰撞传感器、声音均使用A/D 转换器，非常方便。
2.4传动结构——齿轮箱在机器人用到的齿轮箱如图2-4所示，在“能力风暴”机器人上使用的是两个直流电机，要将直流电机固定的转速转化成我们所需要的适当的速度就需要一个降速传动机构，图中的齿轮箱实现了这一功能。
对于齿轮传动，传动比可以用两个齿轮的齿数来定义：21Z /Z I = Z 1为主动齿轮的齿数；Z 2为从动齿轮的齿数输出的速度可以表达为： I V V ⨯=动力源输出图2-4 齿轮箱展开图第三章方案设计与论证3.1 总体设计方案总体方案为：整个电路分为驱动电机模块、红外寻迹传感器模块、单片机控制模块、火源传感器模块、水泵模块、电源模块六个模块。
首先利用红外对路面信号进行探测，利用火源传感器检测火源信号，两种信号经过处理之后，送给单片机控制模块进行实时运算，输出相应的信号给驱动电机模块驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。
系统方案框图如图3-2所示。
图3-2 系统设计方案框图3.2 小车制作方案设计与论证方案1：自己制作电动车自己制作车体，组装合适的电机及电机驱动板，自制探测器，并利用开发板做控制驱动小车。
但自己制作的小车，车体会比较粗糙，车身重量、平衡，小车的电路设计，这些都比较难实现。
方案2：购买专用电动车购买专用电动车具有组装完整的车架车轮，甚至有完整的电机装配和电机驱动板。