一种蛇形搜救机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种蛇形搜救机器人，属于机器人搜救领域。本蛇形搜救机器人包括遥控装置、蛇形装置，蛇形装置包括支架、轮子、电源、主控制器、传感器、摄像头、视频发射器、舵机，电源控制摄像头电路、舵机电路、控制器电路，主控制器包括单片机和通讯装置，单片机控制传感器、摄像头和舵机。通过上位机发出指令，蛇形搜救机器人以蜿蜒运动形式运动到指定位置，完成对目标区域内的生命检测和环境检测。同时，头部的无线摄像头将搜救现场信息传输到上位机，救援中心可根据信息制定搜救方案。蛇形搜救机器人结构简单、控制方便，在地面上运动灵活，具有多种传感器，能检测环境，搜寻被困人员具有一定的应用前景。
【专利说明】一种蛇形搜救机器人
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种蛇形搜救机器人，属于机器人搜救领域。
【背景技术】
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[0002]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。
[0003]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。
[0004]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:
[0005]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的问题，本实用新型提供了一种蛇形搜救机器人。
[0006]所述机器人包括遥控装置、蛇形装置；所述蛇形装置包括支架、轮子、电源、主控制器、传感器、摄像头、视频发射器、舵机；所述电源控制摄像头电路、舵机电路、控制器电路；所述主控制器包括单片机和通讯装置；所述单片机控制传感器、摄像头和舵机；所述传感器包括烟雾传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、热释红外传感器；所述摄像头位于蛇形装置头部。
[0007]所述机器人的蛇形装置头部还有话筒，所述电源控制的电路还包括话筒语音电路。
[0008]所述单片机为STM32单片机。
[0009]所述通讯装置为无线传输装置。
[0010]所述传感器采集的信息汇总给主控制器，再由主控制器传递给上位机。
[0011]所述摄像头采集的信息直接通过视频发射器传给上位机，由上位机控制开始录制信息。
[0012]上位机通过遥控系统的信号发送模块发出指令，主控制器接收信号接收板产生的高压信号，将指令传给单片机，控制蛇形机器人工作的启动或者停止。机器人启动的瞬间，安装在机器人头部的摄像头、传感器电路开始工作。摄像头采集前方图像并通过视频发射器传输到上位机电脑，传感器采集的信息汇总至主控制器后，再由主控制器通过通讯装置通过无线串口通讯方式传到上位机，热释红外传感器搜寻热源完成生命检测，烟雾检测传感器、一氧化碳传感器、温度传感器检测周围环境信息，如果发现火灾信号，可控制蛇形机器人远离，以免机器蛇受损而停止工作。同时，控制者通过视频信息、传感器信息，可发送指令，主控制器上有无线传输装置，控制器接受信号后，把指令传给单片机，主控制器通过单片机控制舵机使蛇形搜救机器人以蜿蜒运动形式运动到指定位置，从而随时改变蛇形机器人运动方向。
[0013]本实用新型的蛇形搜救机器人以STM32处理器为核心。蛇形搜救机器人头部配备无线摄像头，前部还安装了传感器。通过上位机发出指令，蛇形搜救机器人以蜿蜒运动形式运动到指定位置，完成对目标区域内的生命检测和一氧化碳气体浓度、烟雾检测、温度检测。同时，头部的无线摄像头将搜救现场信息传输到上位机，救援中心根据视频信息，为制定搜救方案提供有力支持。如果有被困人员，头部的话筒可以使被困人员与搜救人员进行有效的沟通，从而了解废墟内的情况以及被困人员的状况为制动有效的救援方案提供了有力的支持。蛇形搜救机器人结构简单、控制方便，在地面上运动灵活，具有多种传感器，能检测环境，搜寻被困人员具有一定的应用前景。
[0014]本实用新型的烟雾检测传感器电路有LI烟雾传感器、滑动变阻器R1、R2、R3、电阻R4、比较器LM358等组成。LI烟雾传感器A端与电源相连，B端连接滑动变阻器R1、比较器Ul的同相输入端，电阻R4—端接地，一端接滑动变阻器R2的一端，滑动变阻器R2另一端接电源，滑动触点接比较器Ul反相输入端，比较器Ul的输出端接滑动变阻器R3的一端，滑动变阻器R3另一端接地，滑动触点接输出。
[0015]本实用新型的视频发射器电路由石英晶振K315、电感L2、L3、电容Cl、C2、电阻R5、R6、晶体三极管Q1、Q2等组成。电阻R5 —端连输入、另一端连三极管Q2的基极，三极管Q2发射极接地，集电极接Ql的发射极和Cl的一端、三极管Ql基极连电阻R6的一端和石英晶振K315的一端，集电极接电感L3、电容C2 —端、电容C2另一端接天线、电容Cl、电阻R6、石英晶振K315、电感L3、电感L2 —端相连、电感L2另一端接电源。
[0016]本实用新型的一氧化碳检测传感器电路由Pl接一氧化碳传感器、电容C3、C4、电阻R7、R8、R9、R10、Rll、R12、R13、晶闸管Q3、比较器U2等组成。Pl接一氧化碳传感器，一个脚接比较器U2A的输出端、C3的一端、Pl另一个脚接R7、Q3 —端、Pl还有个脚接Q3另一个输入端及Rll —端、Q3输出接R9、R9另一端接电源、R7 一端接R8、C3的一端、R8 一端接U2A的反相输入端、RlO接U2A的正相输入端、RlO另一端接地、Rll另一端接U2B的反相输入端和R12、C4的一端、R12、C4的另一端接U2B的输出、也是整个电路的输出、R13接U2B的同相输入端、R13另一端接地。
【专利附图】
【附图说明】
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[0017]图1为蛇形搜救机器人的原理框图；
[0018]图2为设计的机器人侧视图；(1:摄像头，2:话筒，3:烟雾传感器，4:热释电红外传感器，5:舵机，6:电池，7:主控制器，8:视频发射器，9: 一氧化碳传感器，10:温度传感器，11:轮子，12:支架)
[0019]图3为舵机与支架之间的连接；
[0020]图4为电源控制电路图；
[0021]图5为烟雾检测传感器电路图；
[0022]图6为视频发射器原理图；
[0023]图7为一氧化碳检测传感器电路；
[0024]图8为蛇形搜救机器人程序流程图；
[0025]图9为蛇形搜救机器人运动流程图；
[0026]图10为蛇形搜救机器人遥控工作流程图。
【具体实施方式】
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[0027]一种蛇形搜救机器人，由控制者指定机器人前进方向，机器人运动。启动的瞬间，摄像头、烟雾检测电路、一氧化碳传感器电路、热释红外传感器电路开始工作。摄像头采集前方图像并传输到上位机电脑，话筒可以使被困人员和搜救人员进行通话，热释红外传感器电路搜寻热源，控制者通过监控视频，发现受困人员，并可随时改变蛇形机器人运动方向。烟雾检测电路、一氧化碳传感器电路、温度传感器检测周围环境信息，通过无线串口通讯方式将信息传递到上位机，如果发现火灾信号，可控制蛇形机器人远离，以免机器蛇受损而停止工作。
[0028]图3为电源控制电路图，蛇形搜救机器人由8V电源给摄像头、舵机、核心控制器供电，核心控制器(即主控制器)内部稳压输出5V给几个传感器供电，5V经过稳压得到3.3V，3.3V给STM32单片机供电。
[0029]图4为烟雾检测传感器电路图，当火灾场所发生的烟雾进入到监测电离室，位于电离室中的检测源镅241放射a射线，使电离室内的空气离成正负离子。当烟雾进入时，内外电离室因极性相反，所产生的离子电流保持相对稳定，处于平衡状态；火灾发生初期释放的气溶胶亚微粒子及可见烟雾大量进入检测电离室，吸附并中和正负离子，使电离电流急剧减少，改变电离平衡状态而输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。烟雾检测电路整体电路由稳压、信号检测、信号处理、比较触发、信号输出及声光报警等电路组成。
[0030]图5为视频发射器原理图，数据发射器内部设计有声表谐振器SAW稳频电路，有极高的频率稳定度，抗温度干扰、振动干扰能力强。声表谐振器的稳频性能仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
[0031]图6为一氧化碳检测传感器电路图，一氧化碳传感器是以定电位电解为基本原理。当一氧化碳扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经报警器的中间电路转换放大输出。
[0032]图7为蛇形搜救机器人程序流程图，该蛇形搜救机器人以STM32处理器为核心。蛇形搜救机器人头部配备无线摄像头，并安装一氧化碳浓度传感器。通过上位机发出指令，蛇形搜救机器人以蜿蜒运动形式运动到指定位置，完成对目标区域内的生命检测和一氧化碳气体浓度检测。同时，头部的无线摄像头通过视频发射器将搜救现场信息传输到上位机。
[0033]图8为蛇形搜救机器人运动流程图，蜿蜒运动是蛇类生物最高效，最常采用的一种运动方式。蛇的蜿蜒运动可适应复杂多变的作业环境。舵机与支架之间连接图如图3所示。本设计通过控制数字舵机的偏转实现机器蛇的蜿蜒运动。启动按钮按下时，5个数字舵机与电源串联导通。从蛇形机器人头部往后的舵机依次为1-5号，I至5号舵机依次向左偏转相同角度(约40° )。相隔舵机延时1S。5号舵机偏转完成后，延时150MS，I至5号舵机开始向右偏转。如此循环，实现蛇形机器人行波传递一样的蜿蜒运动。
[0034]图9为遥控系统工作流程图，遥控系统信号发送模块独立工作，有内部独立电源供电。信号接收板由核心控制器稳压后的DC5V提供电源。信号发送键A按下时，信号接收板产生高压信号并传递给核心控制器Il端口，Il 口的高压信号设定为核心控制器开启蛇形机器人工作的启动信号。信号发送键B按下时，信号接收板产生高压信号并传递给核心控制器12端口，12 口的高压信号设定为核心控制器停止蛇形机器人工作的启动信号。
【权利要求】
1.一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述机器人包括遥控装置、蛇形装置；所述蛇形装置包括支架、轮子、电源、主控制器、传感器、摄像头、视频发射器、舵机；所述电源控制摄像头电路、舵机电路、控制器电路；所述主控制器包括单片机和通讯装置；所述单片机控制传感器、摄像头和舵机；所述传感器包括烟雾传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、热释红外传感器；所述摄像头位于蛇形装置头部。
2.根据权利要求1所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述单片机为STM32单片机。
3.根据权利要求1或2所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述机器人的蛇形装置头部还有话筒；所述电源控制的电路还包括话筒语音电路。
4.根据权利要求1所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述通讯装置为无线传输装置。
5.根据权利要求1所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述传感器采集的信息汇总给主控制器，再由主控制器传递给上位机。
6.根据权利要求1所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述摄像头采集的信息直接通过视频发射器传给上位机。
7.根据权利要求1所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述烟雾传感器所在的烟雾检测电路包括LI烟雾传感器、滑动变阻器Rl、R2、R3、电阻R4、比较器LM358，其中，LI烟雾传感器A端与电源相连，B端连接滑动变阻器R1、比较器Ul的同相输入端，电阻R4 —端接地，一端接滑动变阻器R2的一端，滑动变阻器R2另一端接电源，滑动触点接比较器Ul反相输入端，比较器Ul的输出端接滑动变阻器R3的一端，滑动变阻器R3另一端接地，滑动触点接输出。
8.根据权利要求1所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述视频发射器的电路包括石英晶振K315、电感L2、L3、电容Cl、C2、电阻R5、R6、晶体三极管Ql、Q2，其中，电阻R5一端连输入、另一端连三极管Q2的基极，三极管Q2发射极接地，集电极接Ql的发射极和Cl的一端、三极管Ql基极连电阻R6的一端和石英晶振K315的一端，集电极接电感L3、电容C2一端、电容C2另一端接天线、电容Cl、电阻R6、石英晶振K315、电感L3、电感L2 —端相连、电感L2另一端接电源。
9.根据权利要求1所述的一种蛇形搜救机器人，其特征在于，所述一氧化碳传感器所在的一氧化碳检测电路包括P1、电容C3、C4、电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、晶闸管Q3、比较器U2，其中，Pl接一氧化碳传感器，一个脚接比较器U2A的输出端、C3的一端、Pl另一个脚接R7、Q3 一端、Pl还有个脚接Q3另一个输入端及Rll —端、Q3输出接R9、R9另一端接电源、R7 一端接R8、C3的一端、R8 一端接U2A的反相输入端、RlO接U2A的正相输入端、RlO另一端接地、RlI另一端接U2B的反相输入端和R12、C4的一端、R12、C4的另一端接U2B的输出、也是整个电路的输出、Rl3接U2B的同相输入端、Rl3另一端接地。
【文档编号】B25J9/06GK204221787SQ201420700830
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】毛丽民, 曹京京, 徐本连, 卢振利, 朱培逸, 刘叔军, 王晨希, 董柳柳, 蔡晓成, 徐星宇, 管向阳, 卞炜 申请人:常熟理工学院