救援机器人设计论文

关于救生机器人的创新性研究

摘要：本文通过全面的介绍救生机器人的创意产生，制造方法和使用方法等全部过程。方法科学，创意新颖，具有较强的可行性，和市场前景。本产品综合了机械设计方面，以及电子技术方面的知识。做到机械和控制的很好的融合。机械方面的创新，主要体现在对机器人越障能力的研发；电子方面，则主要运用了单片机的优越可编程控制能力，和无线电技术的遥控功能。其中产品的最关键技术之一是运用了红外探测仪高灵敏的感测能力。该救生机器人很好的将以上几种技术进行了巧妙融合，起到很好的效果。救生机器人主要应用于，地震、塌方、以及火灾救援的等方面的灾难事故的救生工作中，以期降低人工救援的风险，和提高救援效率。

关键词：履带模块化建模单片机无线电红外探测

5.12大地震的巨大破坏能力，以及其带来的巨大损失牵动了每一个华人的心。在举国上下开展大救援的过程中，作者针对事故现场救援难度大，救援人员生命安全无可靠保证，以及救援速度缓慢等弊端，开发、研制了一款旨在降低救援风险，加快救援速度的救生机器人。本产品制作方法科学，创意新颖，具有较强的可行性，和较好的市场前景。产品综合了机械设计方面，以及电子技术方面的知识。做到机械和控制的很好的融合。机械方面的创新，主要体现在对机器人越障能力的研发；电子方面，则主要运用了单片机的优越可编程控制能力，和无线电技术的遥控功能。其中产品的最关键技术之一是运用了红外探测仪高灵敏的感测能力。该救生机器人很好的将以上几种技术进行了巧妙融合，起到很好的效果。救生机器人主要应用于，地震、塌方、以及火灾救援的等方面的灾难事故的救生工作中，以期降低人工救援的风险，和提高救援效率。

1、机器人动力驱动越障系统的设计

1.1底盘和传动装置的设计

机器人的驱动装置运用了传统的履带式。但在此产品较传统的履带式机器人有了较大的改进。在设计过程中，考虑到救援现场的复杂地形条件，参考了变位履带设计【1】方案，对传统履带式进行了改进设计。设计如图：

用这种设计可以使机器人有效的适应复杂的地形条件。它可以进行爬楼梯，以及在废墟上行走。其有很好的稳定性和良好的机动性。独立的履带模块有利于机器人提升灵活性，提高了其越障能力。履带模块的尺寸为：450mm ×63mm ×100mm ( 长×宽×高) ，重量约3kg ；进行组合后的总体结构，总长度为800mm ，总重量约12kg 。履带机器人的模块化舱体可根据不同的作业需要搭载不同的传感器和设备。模块化云台用于在侦察作业中实时地返回当前的环境信息；测距传感器用于在行进过程中自主避障；控制系统也采用模块化的设计思想，采用ARM 架构主控系统及模块化的微型控制驱动一体电机驱动器，各个部分单独控制，方便扩展和定制功能。履带模块的机械结构充分考虑了防水和防震要求，方便在各种作业移动机器人系统中作为行走机构使用。但因为采用多个独立的驱动履带增加了机器人自身重量，使其对动力系统和电源供应提出了较大的考验。在这一方面还有待给进。

用这种设计可以使机器人有效的适应复杂的地形条件。它可以进行爬楼梯，以及在废墟上行走。其有很好的稳定性和良好的机动性。独立的履带模块有利于机器人提升灵活性，提高了其越障能力。履带模块的尺寸为：450mm ×63mm ×100mm ( 长×宽×高) ，重量约3kg ；进行组合后的总体结构，总长度为800mm ，总重量约12kg 。履带机器人的模块化舱体可根据不同的作业需要搭载不同的传感器和设备。模块化云台用于在侦察作业中实时地返回当前的环境信息；测距传感器用于在行进过程中自主避障；控制系统也采用模块化的设计思想，采用ARM 架构主控系统及模块化的微型控制驱动一体电机驱动器，各个部分单独控制，方便扩展和定制功能。履带模块的机械结构充分考虑了防水和防震要求，方便在各种作业移动机器人系统中作为行走机构使用。但因为采用多个独立的驱动履带增加了机器人自身重量，使其对动力系统和电源供应提出了较大的考验。在这一方面还有待给进。

1.2 控制系统的构建平台

整个机器人有独立的模块，有利于设计和组装。在进行组装的过程中，模块化舱体是后面控制模块搭建的基础平台。在此基础上我们可以，进行拓展设计。考虑到整个机器人的平稳性能，我们将电源安装在舱体的最下面。目的是使其中心降低，有利于在行进中是机器人可以平稳的前进，而不会侧翻。在电源安装解决后我们将在其上面进行其他的如单片机，信号接收和发射器，以及救生机器人中重要的一个环节——即红外探生装置的安装。

2、机器人控制系统的设计

救生机器人采用半独立式的控制方式，即单片机和无线电相互合作控制。采用该概念的设计，主要有两方面的考虑。首先单片机编程，可以很快的对探生装置、信号接收器以及信号传送器进行快速的反应和控制。采用无线电可以有效的控制机器人的运动，实现了人机互动，加强了机器人的可操控性。有利于机器人的环境适应能力，和机器人的工作的高效性。

2.1单片机可编程控制

机器人采用了51hei-5型单片机板进行程序设计。对51hei-5型单片机进行汇编语言编程（源程序未给出）。主要实现以下两个功能：（1）红外探测信号的处理（2）发现目标救援报警信号发声控制。

2.1.1红外探测信号的处理

当红外探测器探测到红外信号后，单片机对其进行分析处理。主要是依据探测到的红外波波长和频率进行比较判断，以确定探测的信号为有生生命所发出的红外波。其次对信号进行放大处理，由于一旦感测到信号并进行比较，判断正确后信号放大可以忽略信号的失真故降低了单片机的工作负担也可以省略一些电子元件的安装设计。放大后的信号将激起报警系统的工作。

2.1.2发现目标救援报警信号发声控制

在接收到放大的信号时，报警系统的电路马上工作，发出报警声提示救援人员进行搜救。系统板硬件连线（1）把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上。（2）在“音频放大模块”区域中的SPK OUT端口上接上一个8欧或者是16欧的喇叭。程序设计方法（1）生活中我们常常到各种各样的报警声，例如“嘀、嘀、…”就是常见的一种声音报警声，但对于这种报警声，嘀0.2秒钟，然后断0.2秒钟，如此循环下去。（2）由于要产生上面的信号，我们把上面的信号分成两部分，一部分为1KHZ方波，占用时间为0.2秒；另一部分为电平，也是占用0.2秒；因此，我们利用单片机的定时/计数器T0作为定时，可以定时0.2秒；同时，也要用单片机产生1KHZ的方波，对于1KHZ的方波信号周期为1ms，高电平占用0.5ms，低电平占用0.5ms，因此也采用定时器T0来完成0.5ms的定时；最后，可以选定定时/计数器T0的定时时间为0.5ms，而要定时0.2秒则是0.5ms的400倍，也就是说以0.5ms定时400次就达到0.2秒的定时时间了【2】。

设计电路图如下：