专利名称：基于搜救功能的蚂蚁机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于搜救功能的蚂蚁机器人，属于机器人搜救领域。
背景技术：
我国是世界上灾害，事故 发出最多的国家之一，地震、火灾，塌方，以及各类人为事故，给人民生命财产安全造成极大的危害。过去的几年中，我国多灾并发，灾害强度大，影响范围广，人员伤亡多，城镇受灾重，民房倒塌和基础设施损毁严重。特别是汶川、青海玉树强震，甘肃舟曲特大山洪泥石流等数次重特大自然灾害，造成伤亡人数之多、给我国经济社会发展和人民生命财产安全带来严重影响。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。实际经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。由于灾难现场情况复杂，救援人员受到有害物、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。目前现有的搜救机器人，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。
实用新型内容为了解决救援人员在受到有害物、烟雾、灰尘和一氧化碳等危险的情况下很难进入现场开展救援工作，特别是在废墟中形成的狭小空间无法进入的情况完成快速、准确的搜索到幸存者的任务。本实用新型的蚂蚁搜索机器人，包括单片机电路、电源电路、电机驱动电路、电池充电电路、红外通讯电路、目标检测电路、指示电路、报警电路。电源电路的输入端与电池相接，输出端分别与单片机电路电源引脚、电机驱动电路电源，红外通讯电路电源、目标检测电路电源、指示电路电源、报警电路电源相接。单片机电路Pl. O、Pl. I、Pl. 3、Pl. 4分别与电机驱动电路的控制极相接、单片机电路P2. I、P2. 2、P2. 3、P2. 6、P2. 7、P3. 7分别与红外通讯电路相接、单片机电路Pl. 5与目标检测电路相接、单片机电路Pl. 6报警电路相接。本实用新型电源电路由开关SI、三端稳压器MCP1702、电容C1-C4及C8、C9组成，输入B+与锂电池的正极相接，B-与锂电池的负极相接，正极从开关SI的2脚输入，开关SI的I脚不接，3脚与电容Cl、CS及三端稳压器的输入即3脚VIN相接，三端稳压器MCP1702的I脚接地，2脚即输出VOUT与电容C2-C4、C9相接，最后由标号为+3V3的端子输出，给电路供电。本实用新型电机驱动电路由三对MOS管(Q1P、Q1N)_ (Q3P、Q3N)构成电机全桥驱动。MOS管Q1P Q3P的漏极与4. 2V锂电池的正极相接，MOS管Ql旷Q3N的源极与锂电池的负极相接，第一对MOS管的控制极相接由单片机电路P1.0控制，第二对MOS管的控制极，分别由单片机电路Pl. I和Pl. 4控制，第三对MOS管的控制极相接由单片机电路Pl. 3控制，并且每对MOS管的漏极与源极相接，引出与电机相连。本实用新型电池充电电路，它由集成块MCP73833VN、滤波电容ClO、电阻Rl I及R23构成。集成块MCP73833VN的1、2脚与充电器的输出相接，3、4、7分别与单片机的12、13、14脚相接，5脚接地，9、10脚并接在一起，与锂电池接通充电，8脚和6脚分别与一 IOK和3. 2K的电阻相接，并另一端相接与地相连。本实用新型红外发射电路由三个NMOS管Q4-Q6、电阻R1-R3、红外发射管LED1-LED3组成。电阻的一端与4. 2V锂电池相接，另一端则与红外发射管LED的正极相接，LED的负极接MOS驱动管的漏极，MOS管的控制极由单片机控制，MOS管的源极均接地。本实用新型红外接收电路由电阻R5-R10、R20、R21、电容C5-C7及三个红外接收管PD1-PD3构成。电阻R5-R7的一端均与单片机电路P2. 7控制脚相连，另一端分别与电容C5-C7及红外接收管PD1-PD3的正极以及电容R8-R10的一端相连，电容R8-R10的另一端则 均与单片机电路P2. 6控制脚相连，电容C5-C7的另一端与电阻R20、R21的一端相连由单片机标号为RX的28脚接收端相连，电阻R20的另一端接+3. 3V电源，电阻R21的另一端与红外接收管HH-PD3的负极均接地。本实用新型指示电路由双色LED即HSMF-C155，电阻R19、R20，M0S管Q7、Q8构成。电阻的一端接4. 2V锂电池电源正极，另一端分别与双色LED HSMF-C155的两个正极相接，双色LED HSMF-C155的两个负极分别与MOS管Q7、Q8的漏极相接，MOS管Q7、Q8的两控制极分别由单片机控制，两源极均接地。本实用新型目标检测电路由人体红外热释传感器RE200B和电阻R25构成。传感器D端通过电阻25与电源相接，G端与地相接，S端与单片机的Pl. 5相接。本实用新型报警电路由蜂鸣器，三极管Q9，电阻R26构成。蜂鸣器一端与电源相接，另一端与三极管的发射极相接，三极管基极通过电阻26与单片机电路Pl. 6相接，三极管发射极与地相接。本实用新型提供的蚂蚁机器人具有体积小、灵活性高等优点，机器人可通过相互协作、快速、准确的搜索到幸存者。
图I为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型的俯视图(I :处理器2:接收管3:触角4:热释红外传感器5:发射管6 :开关7 :充电接地端8 :蜂鸣器 9 :充电端)。图3为本实用新型的侧视图(2 :接收管3 :触角4 :热释红外传感器5 :发射管6 开关7 :充电接地端8 :蜂鸣器 9 :充电端10 :电池11 :电机)。图4为本实用新型的电源电路图。图5为本实用新型的电机驱动电路图。图6为本实用新型的电池充电电路图。图7为本实用新型的红外发射电路图。图8为本实用新型的红外接收电路图。图9为本实用新型的指示电路图。[0025]图10为本实用新型的目标检测电路图。图11为本实用新型的报警电路图。图12为本实用新型的程序流程图。
具体实施方式
蚂蚁搜索机器人通过目标检测电路，判别是否找到幸存者，如果找到幸存者，通过红外通讯电路发射相关信息，通知其他蚂蚁搜索机器人并通过报警电路发出报警声，如果没找到幸存者，则继续寻找并通过红外通讯电路发射相关信息通知其他蚂蚁搜索机器人。单片机电路为蚂蚁搜索机器人的控制核心，根据目标检测电路的信号和接收到的红外通讯电路的信号，控制电机来控制蚂蚁搜索机器人的运动状态。当蚂蚁搜索机器人遇到障碍物，触角开关被触动，蚂蚁搜索机器人就拐弯避开障碍物。电源电路为蚂蚁搜索机器人提供电源，电池充电电路用于给电源充电，根据指示电路可以知道电源是否充足，是否找到幸存者。鉴于工作环境，蚂蚁搜索机器人优选长30mm、优选宽28mm，优选触角开关安装在机器人的前部，触角碰到障碍物就会被触动，红外发射管优选3个，彼此相差120度，红外接收管优选3个，彼此相差120度。图4为本实用新型的电源电路图，稳压管MCP1702给单片机MSP430提供一个稳定的3. 3V电源。稳压管MCP1702的输入电压范围为2. 7V-13. 2V，输出电压为3. 3V。B+和B-两端分别连接320mA的锂电池的正负端。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，IOOnF的电容用来过滤低频波，4. 7uF的电容用来过滤高频波。图5为本实用新型的电机驱动电路图，信号端Ml、M2、MP、丽由单片机MSP430控制，连接具有IOK的上拉电阻的Vbatt处，因为单片机MSP430是由3. 3v的稳压管供电，而Vbatt处的电压为锂电源的两端电压高至4. 2v。如果MSP430以3. 3v驱动信号端Ml、M2、MP、MN，可能会导致P型M0SFETS管不能彻底关断。电机状态编码如表I所示。表I电机转动状态编码表
权利要求1.基于搜救功能的蚂蚁机器人，由单片机电路、电源电路、电机驱动电路、电池充电电路、红外通讯电路、目标检测电路、指示电路和报警电路组成，其特征在于，电源电路的输入端与电池相接，输出端分别与单片机电路电源引脚、电机驱动电路电源端、红外通讯电路电源端、目标检测电路 电源端、指示电路电源端、报警电路电源端相接；单片机电路Pl. O、Pl. I、Pl. 3、Pl. 4分别与电机驱动电路的控制极相接，单片机电路P2. I、P2. 2、P2. 3、P2. 6、P2. 7、P3. 7分别与红外通讯电路相接，单片机电路Pl. 5与目标检测电路相接，单片机电路Pl. 6与报警电路相接。
2.根据权利要求I所述的机器人，其特征在于所述电源电路由开关SI、三端稳压器MCP1702、电容C1-C4、C8和C9组成，其中，输入B+与锂电池的正极相接，B-与锂电池的负极相接，正极从开关SI的2脚输入，开关SI的I脚不接，3脚与电容Cl、CS及三端稳压器的输入即3脚VIN相接，三端稳压器MCP1702的I脚接地，2脚输出VOUT与电容C2-C4、C9相接，最后由标号为+3V3的端子输出，给电路供电。
3.根据权利要求I所述的机器人，其特征在于所述电机驱动电路由三对MOS管Q1P Q3P和Ql旷Q3N构成电机全桥驱动，其中，Q1P Q3P的漏极与4. 2V锂电池的正极相接，Ql旷Q3N的源极与锂电池的负极相接，第一对MOS管的控制极相接由单片机电路Pl. O控制，第二对MOS管的控制极分别由单片机电路Pl. I和Pl. 4控制，第三对MOS管的控制极相接由单片机电路Pl. 3控制，每对MOS管的漏极与源极相接，引出与电机相连。
4.根据权利要求I所述的机器人，其特征在于所述电池充电电路由集成块MCP73833VN、滤波电容C10、电阻Rll和R23构成，其中，集成块MCP73833VN的1、2脚与充电器的输出相接，3、4、7脚分别与单片机的12、13、14脚相接，5脚接地，9、10脚并接在一起，与锂电池接通充电，8脚和6脚分别与IOK和3. 2K的电阻一端相接，电阻另一端与地相接。
5.根据权利要求I所述的机器人，其特征在于所述红外发射电路由三个NMOS管Q4-Q6、电阻R1-R3、红外发射管LED1-LED3组成，电阻的一端与4. 2V锂电池相接，另一端则与红外发射管LED的正极相接，LED的负极接MOS驱动管的漏极，MOS管的控制极由单片机控制，MOS管的源极均接地。
6.根据权利要求I所述的机器人，其特征在于所述红外接收电路由电阻R5-R10、R20、R21、电容C5-C7和三个红外接收管TO1-PD3构成，其中，电阻R5-R7的一端与单片机电路P2. 7控制脚相连，另一端分别与电容C5-C7的正极、红外接收管HH-PD3的正极、电阻R8-R10的一端相连；电阻R8-R10的另一端与单片机电路P2. 6控制脚相连，电容C5-C7的另一端与电阻R20、R21的一端相连由单片机标号为RX的28脚接收端相连，电阻R20的另一端接+3. 3V电源，电阻R21的另一端与红外接收管PD1-PD3的负极均接地。
7.根据权利要求I所述的机器人，其特征在于所述指示电路由双色LEDHSMF-C155、电阻R19、R20、M0S管Q7、Q8构成，电阻的一端接4. 2V锂电池电源正极，另一端分别与双色LED HSMF-C155的两个正极相接，双色LEDHSMF-C155的两个负极分别与MOS管Q7、Q8的漏极相接，MOS管Q7、Q8的两控制极分别由单片机控制，两源极均接地。
8.根据权利要求I所述的机器人，其特征在于所述目标检测电路由人体红外热释传感器RE200B和电阻R25构成，其中传感器D端通过电阻25与电源相接，G端与地相接，S端与单片机电路Pl. 5相接。
9.根据权利要求1-8任一所述机器人，其特征在于所述机器人外形长30mm、宽28mm。
专利摘要本实用新型公开了一种基于搜救功能的蚂蚁机器人，由单片机电路、电源电路、电机驱动电路、电池充电电路、红外通讯电路、目标检测电路、指示电路和报警电路组成，在搜索的过程中，通过红外相互通信，了解彼此状态。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。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。
文档编号G08C23/04GK202518372SQ201220061410
公开日2012年11月7日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者刘叔军, 徐本连, 朱培逸, 毛丽民, 高珏 申请人:常熟理工学院