本实用新型涉及一种六足型机器人装置，特别是一种采用无线控制的六足搜救机器人。
背景技术：
目前主流的搜救移动平台有四种：轮式、履带式、蛇形以及多足仿生形。在断层、离散空间等复杂区域内，轮式、履带式、蛇形机器人的移动受到限制。四足机器人的稳定性稍显不足，而六足移动平台是一种双三角结构，使整个平台具有较强的稳定性，同时能够越过障碍并可以爬楼梯。在机器人的控制系统上通常采用有线电缆的通信方式，机器人的活动区域收到地形以及电缆长度的限制。
技术实现要素：
、实用新型目的。
本实用新型为了解决灾后复杂地形及存在潜在二次伤害等情况的现场救援问题。机器人进入搜救现场后，利用高清摄像头传回的视频和传感器系统检测的现场信息，远程控制中心可以控制机器人准确快速的找到幸存者的位置，了解救灾现场的环境状况，把受伤人员位置，路线规划，危险信号等重要信息发送给正在现场搜救的救援人员。
、本实用新型所采用的技术方案。
本实用新型公开了一种无线控制的六足搜救机器人，包括六足机器人机身以及腿部控制模块、传感器模块、电源管理模块；
电源管理模块为双电源电路，主电源与六足腿部控制模块上的舵机相连供电，辅助电源与主控制器、摄像头、传输模块、传感器控制系统相连供电；
六足腿部控制模块包括位于机架内部主控制器、传感器模块，平面等间隔设置六个腿部，每个腿部为三级足节，每个足节由舵机控制，安装在机架上的第一级足节水平旋转控制水平运动；第二级足节上下旋转控制抬起高度，第三极足节起落旋转控制微小动作。三级足节的设置，可以使小幅度的作业更加精细化，且由于动作幅度不大，更加节能。
更进一步具体实施方式中，所述的主控制器采用ATmega128单片机控制器，六足腿部控制模块还包括风扇、摄像头、LED灯、机架、齿条、位于机架内部的传感器模块；风扇通过支架安装在机架顶部；摄像头通过贯穿于机架的齿条顶端卡住固定，齿条下端卡在机架上，上下可调节，通过此种结构，摄像头可以更换和调节高度，并且结构设计简单，成本低，易于更换；LED灯位于机架上部。
更进一步具体实施方式中，传感器模块包括热释红外传感器、火焰传感器、烟雾及可燃气体传感器以及光敏传感器。
更进一步具体实施方式中，主电源为舵机提供电源采用7.4V 2200mah 30C的动力锂电池；辅助电源为单片机及其他集成电路提供电源采用7.2V 1200mah的锂电池。
更进一步具体实施方式中，双网络无线通信模块；蓝牙通信采用FBT-06蓝牙串口模块，功耗小，传输距离长。WiFi无线通信用于视频信号传输。
更进一步具体实施方式中，主电源电路为VD1-VD6二极管连接三极管基极，电池电压大于二极管管压降时，射极连接发光二极管指示电池供电正常；电池电压小于等于二极管管压降时，VT1关断，工作开关S2导通，通过大功率降压芯片转换为预设电压，给舵机M供电；三端稳压集成芯片LM7805输出电压给舵机工作指示灯VD8提供电源。
更进一步具体实施方式中，主控制器电路中PEN正常使用时接5V电源；18个舵机中1-6号舵机接单片机PA0-PA5引脚；7-12号舵机接单片机PB0-PB5引脚；13-18号舵机接PC0-PC5引脚；俯仰舵机接单片机PA6引脚，方位舵机接PA7引脚；单片机PF端口作为传感器输入端口使用，其中PF0引脚接光敏传感器输出；PF1接烟雾传感器输出；PF2接热释电人体红外传感器输出；PF3接火焰传感器输出。
更进一步具体实施方式中，红外感应检测电路，热释电红外感应传感器采用LHI778 探头设计的HC-SR501模块。
更进一步具体实施方式中，六足搜救机器人烟雾传感器检测电路采用QM-2烟雾检测模块。
更进一步具体实施方式中，所述的火焰传感器是4线制火源探测模块，光敏检测电路采用4线制光敏传感模块。
、本实用新型所产生的技术效果。
（1）相对于现有技术中的左右对称设置的六足机器人容易在移动过程中，产生倾向一侧的倾斜度，无法实现整个平台的平稳运行；本实用新型采用机器人仿照蜘蛛机身采用了正六边形设计，即一个平面等间隔分布六足，每一足采用三级足节的设置，即每一足采用三个舵机控制，构成三个自由度的旋转机构，增加每个足摆动距离的同时使整个平台具有较强的平稳性，能够越过中小型障碍并可进行爬楼梯，有效提升了机器人的搜救效率，可以使小幅度的作业更加精细化，且由于动作幅度不大，更加节能，适应不同现场环境。
（2）本实用新型的摄像头通过贯穿于机架的齿条顶端卡住固定，齿条下端卡在机架上，上下可调节，通过此种结构，摄像头可以更换和调节高度，并且结构设计简单，成本低，易于更换。
（3）本实用新型具有良好的人机界面，能够实时反映现场图像、红外探测、火焰、烟雾等检测信息，为救援人员决策提供全方位支持。
（4）本实用新型机身上安装有LED灯、基于双轴云台的风扇和高清摄像头，提高了机器人在昏暗、烟雾等环境中视频采集信息的效果。
（5）本实用新型机器人控制电路、电源电路安装在机身内部，整个机器人系统的采用双电源供电方式，主电源给18个舵机供电，辅助电源给控制电路供电，避免了舵机供电电流过大导致的单片机烧毁及干扰问题。
（6）本实用新型控制及数据传输采用了无线分离式双数据传输方式，WiFi用于传输高清摄像头采集的视频信息；蓝牙用于传输传感器系统采集信息和对机器人发出控制指令。两路数据传输独立进行，提高了数据传输和控制的可靠性。
附图说明
图1是六足搜救机器人控制系统总体方案。
图2是六足搜救机器人总体机械结构。
1.风扇 2.高清摄像头 3.LED灯4.机架 5.齿条 6.传感器模块（内部）7.舵机。
图3 六足搜救机器人腿部构造。
8.第1足节 9.第2足节 10.第3足节。
图4是六足搜救机器人主电源电路。
图5是六足搜救机器人主控制器电路。
图6是六足搜救机器人红外感应检测电路。
图7是六足搜救机器人烟雾传感器检测电路。
图8是六足搜救机器人火焰检测电路。
图9是六足搜救机器人光敏检测电路。
图10是六足搜救机器人上位机控制软件。
具体实施方式
六足搜救机器人主要包括机械结构、硬件控制电路和上位机监控软件三个部分。硬件控制电路主要包括四个模块：（1）六足机器人机身以及腿部控制模块。基于ATmega128单片机实现对18个舵机的控制。（2）传感器模块。搜救机器人搭载了热释红外传感器、火焰传感器、烟雾及可燃气体传感器以及光敏传感器构成了一个完善的现场环境参数采集系统。（3）电源管理模块。本系统采用双电源供电系统，主电源为舵机提供电源采用7.4V 2200mah 30C的动力锂电池；辅助电源为单片机及其他集成电路提供电源采用7.2V 1200mah的锂电池。（4）双网络无线通信模块。蓝牙通信采用FBT-06蓝牙串口模块，功耗小，传输距离长。WiFi无线通信用于视频信号传输。
如图10，上位机监控软件以微软Visual Basic 6.0为编程环境，主要有视频采集，串口设置以及远程监测与控制三大部分，其主要功能是信息显示以及给机器人发送控制指令。视频采集部分利用WebBrowser控件进行设计，通过WebBrowser的网页访问功能将IP摄像头传在网络站点上的图像显示在界面上；串口设置主要是利用MSComm控件进行设计，并且可以进行COM口和波特率的设置，适应不同的PC设备；远程监测与控制部分主要是利用一些基本的控件，通过光强和烟雾浓度的进度条以及火焰、生命指示灯可以准确了解现场环境状况，同时可以对机器人运行状态，执行机构，步态进行控制与选择。
如图1所示，一种无线控制的六足搜救机器人，包括六足机器人机身以及腿部控制模块、传感器模块、电源管理模块；
电源管理模块为双电源电路，主电源与六足腿部控制模块上的舵机相连供电，辅助电源与主控制器、摄像头、传输模块、传感器控制系统相连供电；
六足腿部控制模块的主控制器采用ATmega128单片机控制器，如图2和3所示，六足腿部控制模块还包括风扇、高清摄像头、LED灯、机架、齿条、位于机架内部的传感器模块、三级舵机控制的足节；风扇通过支架安装在机架顶部；摄像头通过贯穿于机架的齿条顶端卡住固定，齿条下端卡在机架上，上下可调节，通过此种结构，摄像头可以更换和调节高度，并且结构设计简单，成本低，易于更换；LED灯位于机架上部；六足机器人的平面等间隔设置六个腿部，每个腿部控制模块包括三级足节，安装在机架上的第一级足节水平旋转控制水平运动；第二级足节上下旋转控制抬起高度，第三极足节起落旋转控制微小动作，三级足节的设置，可以使小幅度的作业更加精细化，且由于动作幅度不大，更加节能。
利用仿生学原理设计了六足搜救机器人，每足三个舵机构成三个自由度的旋转机构，有效提高了机器人攀爬和越障能力，有利于复杂地形条件下救援活动的开展。为了应对各种地形为六足机器人设计了不同的基本步态，包括“3+3”快速型直行步态，“4+2”稳定型直行步态，以及同心圆定点转弯步态，远程控制人员可以根据救灾现场具体的地形灵活的调节机器人运动步态。机器人数据传输采用了分离式双数据传输方式，即无线蓝牙串口通信和WiFi无线通信。无线蓝牙用于传输传感器系统采集的数据信息以及上位机对机器人的控制指令，WiFi用于传输高清摄像头采集的视频画面。这两种方式是独立进行互不干扰的。
图4为六足搜救机器人主电源电路，主电源采用7.4V 5200mah 30C的锂电池，主要给舵机供电。电池的正常工作电压为5.6V-8.4V，进线开关S1用于指示电池电量，VD1-VD6是二极管（管压降0.7V），电池电压大于5.6V时，三极管VT1导通，发光二极管VD7点亮，电池供电正常；电池电压小于5.6V时，VT1关断，VD7熄灭，电池欠压。工作开关S2接通，通过大功率降压芯片转换为6V电压，给MG996R舵机供电（舵机额定电压6V），舵机稳态情况下供电电流为100mA左右（启动及调整状态下电流需求更大，可达到1.5A）。三端稳压集成芯片LM7805输出5V电压给VD8提供电源，VD8为舵机工作指示灯。
图5是六足搜救机器人主控制器电路，由ATmega128单片机、晶振系统和复位系统三个部分构成。ATmega128单片机51脚VCC接5V电源，52脚GND接地，构成系统的供电回路。Y2和C7、C9组成晶振电路，晶振电路的XTAL1和XTAL2两个输出端分别接单片机XTAL1和XTAL2引脚。R12、S1和C8组成复位电路，其RESET输出端接单片机的RESET引脚。PEN引脚是SPI串行下载使能引脚（低电平使能），正常使用时接5V电源。1-6号舵机接单片机PA0-PA5引脚；7-12号舵机接单片机PB0-PB5引脚；13-18号舵机接PC0-PC5引脚。俯仰舵机接单片机PA6引脚，方位舵机接PA7引脚。单片机PF端口作为传感器输入端口使用，其中PF0引脚接光敏传感器输出；PF1接烟雾传感器输出；PF2接热释电人体红外传感器输出；PF3接火焰传感器输出。
图6是六足搜救机器人红外感应检测电路，热释电红外感应传感器采用LHI778 探头设计的HC-SR501模块，模块内部的BISS0001 为人体红外传感信号处理芯片。LHI778（即图中PIR）的2和3引脚为热释电红外感应传感器的输出接BISS0001的14和15引脚，该信号经BISS0001内部一级放大后经C19耦合接BISS0001的13引脚进行二级放大，经BISS0001内部的两个电压比较器双向鉴幅后将检出的有效信号再经内部延迟触发定时器后在BISS0001的2脚得到输出信号，该信号接P18的2脚，P18的4、6脚为模块提供电源回路，分别接5V电源和地。SW1为工作方式选择开关，按图中连接处于可重复触发工作方式。
图7是六足搜救机器人烟雾传感器检测电路，该电路采用QM-2烟雾检测模块，VCC和GND引脚为MQ-2模块提供供电回路。MQ-2的1、3引脚接5V电源，4脚和6脚为其输出，当检测到烟雾时，其内部阻值迅速下降，电压降也随之降低，4脚输出的电压值可以作为模拟量直接从AOUT输出，该输出信号经P7接单片机PF1引脚。
图8是六足搜救机器人火焰检测电路，火焰传感器是4线制火源探测模块，VCC和GND引脚为模块供电，OUT引脚输出数字信号，AC引脚输出模拟信号。由于只需要探测现场有没有火焰，因此本装置只需要数字信号即可。N2红外发射管用于探测火焰，检测到火焰时其电流会发生变化，温度越高电流越大，该信号接电压比较器LM393的INA+引脚，与INA-的基准电压进行比较，比较结果经OUTA引脚输出接模块OUT引脚，该输出信号接单片机PF2引脚。模块OUT引脚输出数字量的0和1，即“没火”还是“有火”，调节R15改变基准电压可改变火焰检测的灵敏度。
图9是六足搜救机器人光敏检测电路，同样采用4线制光敏传感模块，VCC和GND引脚为模块供电，OUT引脚输出数字信号，AC引脚输出模拟信号。光敏传感检测需要其输出模拟信号，因此本装置用AC引脚输出信号。光敏电子R10用于探测光照度，光照的变化会引起R10阻值的变化，该信号经R4和R10分压后接模块AC引脚得到模拟输出信号，该信号接单片机PF0引脚。