一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机器人技术领域，具体设及一种基于Linux嵌入式系统的矿井捜救机 器人。
【背景技术】
[0002] 我国是一个产煤大国，同时煤也是我国主要的能源。我国煤矿数量多，而且规模不 一。近年来，矿难时有发生，每年上百次的矿难事故，成千名矿工的死亡，已成为我过社会一 个日益严峻的问题。煤矿安全形势刻不容缓。由于灾难发生后煤矿通道狭隘，复杂的矿桐 巷道，严重超标的一氧化碳浓度，W及瓦斯爆炸和矿桐再次巧塌等二次灾难，都将给矿难救 援带来极大的困难。在煤矿复杂多变的环境下，伤亡往往在顷刻便会发生。而当矿难发生 时，大型救援设备通常都无法立即到达。井下存在有毒气体等，都给人工救援带来阻碍。因 此，使用能够代替人类执行危险、复杂的矿井捜救任务的机器人，有着其非常重要的现实意 义。
【发明内容】
[0003] 本发明针对目前国内矿难频发的状况W及国内外的机器人研究现状，提出了一种 基于Linux嵌入式的矿井捜救机器人，可有效、智能地执行井下捜救任务，便于矿难发生时 被困人员的快速捜救，其采用Linux嵌入式内核构建捜救机器人的控制系统，具有良好的 实时性和可靠性，可实现自动捜索、联动捜索、井下多种环境参数检测、灾难现场图像传输、 传感器数据融合、机器人井下定位等多种功能。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 阳〇化]本发明包括搭载多种传感器的捜救机器人本体、外围设备、控制运动状态及速度 的捜救机器人动力系统和用于定位及组网的捜救机器人无线通信模块；所述的捜救机器人 本体包括底仓、中仓和上仓；所述的中仓内设有电源模块、控制外围设备及实现捜救算法的 控制核屯、；所述的上仓内设有实时检测井下环境的井下环境信息检测系统和无线传感器模 块；所述的外围设备包括机械臂、车前取景器和雷达；所述的机械臂为六自由度机械臂，安 装在上仓顶部；所述的车前取景器安装在上仓的前部，可调节视角；两个雷达安装在底仓 的前侧外部。
[0006] 所述的底仓包括底仓侧挡板、底仓前后挡板和底盘；所述的底仓侧挡板为左右两 块，与底盘之间均通过螺母连接，与底仓前后挡板通过连接件连接；所述的连接件为两片相 互垂直的钢片焊接而成。
[0007] 所述的车前取景器采用1080P的高清红外夜视摄像头。
[0008] 所述的雷达确定被测距离S的计算公式如下：
[0009] V= 331. 5+0. 607T
W11] 式中，V为超声波在空气中的传播速度、T为环境溫度、S为被测距离、t为雷达发 射超声波脉冲与接收脉冲回波的时间差、ti为脉冲回波接收时刻、t。为超声波脉冲发射时 刻。
[0012] 所述的机械臂包括基座、后臂、前臂、机械腕和机械爪；所述的基座与上仓构成转 动副；第一舱机与上仓固定，并驱动基座旋转；第二舱机与基座固定，并驱动后臂；第=舱 机与后臂固定，并驱动前臂；第四舱机与前臂固定，并驱动机械腕；第五舱机与机械腕固 定，并驱动机械爪；所述机械爪的两个关节通过第六舱机实现关合。
[0013] 所述的捜救机器人动力系统包括轮胎、电机和电机驱动板；所述的电机驱动板有 两块，一块驱动板驱动两个电机，所述的电机驱动板为AQMH2407ND双路隔离直流电机驱动 模块；所述的轮胎为越野轮胎。所述的电机为冯哈伯12V空屯、杯行星齿轮减速电机；电机与 底仓固定；电机上带有编码器；电机的输出轴通过联轴器与轮胎的转轴连接；所述的轴联 器通过固紧螺丝卡紧电机的输出轴，通过花键与轮胎的转轴配合。
[0014] 所述的捜救机器人无线通信模块包括金属屏蔽盒和Zi浊ee电路板。所述的Zi浊ee电路板型号为ZM2410 ;Zi浊ee电路板固定在金属屏蔽盒中，Zi浊ee电路板上连有天 线。
[0015] 所述的电源模块包括充电头、电源和电源转换模块；所述的控制核屯、为基于ARM920T架构的S3C2410处理器。
[0016]所述的无线传感器模块包括M2301湿度传感器、MQ2烟雾传感器、BIS0001热释电 红外传感器。
[0017] 本发明的控制系统软件平台包括系统应用层、系统内核层及系统硬件层。所述的 系统应用层包括无线通讯程序、运动控制程序、信号采集程序、图像处理程序、算法控制程 序和联动组网程序；所述的系统内核层包括无线通信驱动、机械臂驱动和电机控制驱动； 所述的系统硬件层包括嵌入式处理器、总线接口及外围存储设备。所述的系统硬件层提供 控制核屯、及其外围忍片的底层函数支持。
[0018] 系统应用层的各个程序设计思路如下：
[0019] 无线通讯程序与Zi浊ee模块之间通过串口传输数据，初始化设置无线通信程序， 需将通信协议设置为802. Ilg通讯协议；无线通信程序配置完毕后，便实时与上位机保持 通讯，传输数据。
[0020]运动控制程序进入系统后需初始化电机驱动模块，初始化完毕后，Linux操作系统 实时读取电机编码器的值，控制核屯、对当前环境参数信息及捜索算法进行数据融合分析后 调整电机运行状态，改变捜救机器人的运动状态。
[0021] 信号采集程序在无线传感器模块初始化完毕后，便时刻采样传感器值，并将参数 信息传递至无线通信程序发送给上位机。
[0022]图像处理程序在进入Linux系统后需初始化车前取景器，根据需求配置通讯协 议，此后图像处理程序开始工作，将灾难现场的图像实时地传送到无线通讯程序，无线通讯 程序再将运些图像信息传送到上位机，上位机通过实时显示现场图像信息。
[0023] 算法控制程序在初始化算法配置后，便根据现场参数实时调整算法，待上位机发 出调整算法命令时，算法控制程序便对新的算法进行初始化配置。
[0024] 联动组网程序在进入Linux系统后，便一直等待上位机发出组网命令，待接收到 组网指令后便开始组网。
[0025] 控制核屯、上搭载了 Linux操作系统；运动控制程序存储在运动控制模块中，无线 通讯程序存储在无线通讯模块中，信号采集程序存储在信号采集模块中；控制核屯、控制运 动控制模块、无线通讯模块、机械臂、车前取景器及信号采集模块；无线通讯模块与控制核 屯、通过RS232接口实现通讯；机械臂与控制核屯、通过RS485接口实现通讯；车前取景器通 过RS232接口与控制核屯、实现通讯；无线传感器模块与信号采集模块通过IIC接口实现通 讯。
[00%] 本发明具有的有益效果在于：与传统的捜救机器人相比，可靠性能高，性能更完 善。通过本体上搭载的机械手臂及多种环境探测传感器，可完成多种捜救任务，同时通过本 体上搭载的Zi浊ee无线传感器模块，可实现多机器人通讯及组网，捜救效率高、协同性好。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的整体结构立体图；
[0028] 图2是本发明的机械臂结构立体图；
[0029] 图3是本发明的底仓结构立体图；
[0030] 图4是本发明中捜救机器人动力系统的结构示意图；
[0031] 图5是本发明的电机示意图；
[0032] 图6是本发明中无线传感器模块的示意图；
[0033] 图7是本发明的中仓结构示意图；
[0034] 图8是本发明的上仓结构示意图；