吉雙章 曾實(shí)現(xiàn) 馬玉華

摘 要：針對(duì)各種自然災(zāi)害和突發(fā)情況下，各種救援工具難以在短時(shí)間內(nèi)聚集使用，我們?cè)O(shè)計(jì)了六輪式智能搶險(xiǎn)機(jī)器人。該車(chē)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障、道路除障、火災(zāi)救援、物品搬運(yùn)、高空營(yíng)救、多地形越野等功能。利用光電開(kāi)關(guān)，人體熱釋?zhuān)鹧鎮(zhèn)鞲?，紅外測(cè)距，煙霧氣敏傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境，做出反應(yīng)。運(yùn)用機(jī)械手臂進(jìn)行道路除障，連桿機(jī)構(gòu)式的升降云梯裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高空救援，六輪式越野底盤(pán)設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)各種各樣復(fù)雜的地形條件。

關(guān)鍵詞：傳感器；機(jī)械手臂；升降云梯；六輪越野底盤(pán)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.133

1 研制背景及意義

在21世紀(jì)的今天，由于自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突發(fā)事件等原因，災(zāi)難經(jīng)常發(fā)生[1]。在災(zāi)難救援中，救援人員只有非常短的時(shí)間用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率非常低，即便發(fā)現(xiàn)后，由于周?chē)h(huán)境的復(fù)雜情況，很難實(shí)施救援，特別是發(fā)生重大安全事故和自然災(zāi)害后，由于無(wú)法馬上進(jìn)行救援行動(dòng)，導(dǎo)致大量人員傷亡[2]。通過(guò)對(duì)該機(jī)器人的研制，可以有效地減少人員傷亡和生命財(cái)產(chǎn)損失，機(jī)器人本身可以進(jìn)行夜間不間歇的工作，工作效率非常高，因此具有研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 光電開(kāi)關(guān)

光電開(kāi)關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成。發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強(qiáng)度在發(fā)射中經(jīng)過(guò)多次選擇，朝著目標(biāo)不間接地運(yùn)行；接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。我們通過(guò)光電開(kāi)光傳感器檢測(cè)前方障礙物，當(dāng)前方檢測(cè)到障礙物時(shí)，傳感器將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，該車(chē)停止前進(jìn)，機(jī)械手臂自動(dòng)清除障礙物，該車(chē)?yán)^續(xù)前進(jìn)。

2.2 傳感器電路設(shè)計(jì)

火焰?zhèn)鞲衅魇菣C(jī)器人專(zhuān)門(mén)用來(lái)搜尋火源的傳感器。其利用紅外線對(duì)管對(duì)火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅外線接受管來(lái)檢測(cè)火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào)，輸入到中央處理器中，中央處理器根據(jù)信號(hào)的變化做出相應(yīng)的程序處理；熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器，檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)傳感。當(dāng)前方有人員經(jīng)過(guò)時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到人體的熱量變化，將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，該車(chē)停止前進(jìn)，并輸出語(yǔ)音警告；超聲波測(cè)距原理是通過(guò)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播時(shí)碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)；氣敏電阻傳感器就是一種將檢測(cè)到的氣體的成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的；驅(qū)動(dòng)電路主要是基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，有5V穩(wěn)壓模塊和L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，可以外接傳感器模塊，以便更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)該車(chē)的自動(dòng)控制。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 六輪式越野底盤(pán)

采用六驅(qū)承重小車(chē)底盤(pán)，電機(jī)規(guī)格12V230轉(zhuǎn)，輪子結(jié)構(gòu)直徑85mm，機(jī)械承重10KG左右，空載電流510MA（12V時(shí)），理論空載行進(jìn)速度56米/分鐘（12V時(shí)）[2]。六輪驅(qū)動(dòng)越野性能強(qiáng)勁，能夠適應(yīng)各種災(zāi)后地形路況，可以穿越大部分的復(fù)雜路段，也可以爬樓梯。同時(shí)在前兩輪之間還有一個(gè)減震裝置，可以有效減少穿越復(fù)雜路段時(shí)帶來(lái)的震動(dòng)。

3.2 機(jī)械手臂

機(jī)械手臂的動(dòng)力系統(tǒng)由6個(gè)LDX-335MG數(shù)字舵機(jī)組成，工作電壓6-7.4V，空載電流100mA，堵轉(zhuǎn)扭矩15KG/cm 6V，17KG/cm 7.4V，虛位小，壽命長(zhǎng)，防燒耐高溫。前部機(jī)械手回轉(zhuǎn)角度180度，夾持前部最大開(kāi)度55mm，夾持最寬距離98mm，能抓取200g左右物體[3]。所有支架配件均采用2mm厚度的鋁板，從而有效的提高了機(jī)械手自身的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)處均采用進(jìn)口杯式軸承，不僅可以使轉(zhuǎn)向更加靈活，而且還可以使舵機(jī)的轉(zhuǎn)向在同一圓心?？刂葡到y(tǒng)可通過(guò)PS2無(wú)線手柄進(jìn)行控制，還可以通過(guò)藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)對(duì)該機(jī)械手臂的控制，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的前后、上下及左右抓取搬運(yùn)的功能。

3.3 升降移動(dòng)云梯

可升降移動(dòng)云梯采用連桿式結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)5V電壓的電機(jī)帶動(dòng)，最高升降30CM，可載重2KG。連桿式結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)云梯平穩(wěn)的升降，既節(jié)省了空間，又能夠?qū)崿F(xiàn)快速的升降，給高空救援帶來(lái)了極大的便利。

3.4 太陽(yáng)能電池板

隨著時(shí)代的高速發(fā)展，能源問(wèn)題越來(lái)越突出，所以在我們的救援車(chē)上將采用太陽(yáng)能電池板和鋰電池共同為車(chē)子提供動(dòng)力。此太陽(yáng)能電池板采用多晶硅的材質(zhì)，裝換太陽(yáng)能的效率更高，能輸出5V電壓，為傳感器提供能源。

4 總結(jié)

機(jī)器人救援就可以用自身所帶的云梯可以快速、安全地救出被困人員，尤其是在高樓等地方被困住的人員。此功能的實(shí)現(xiàn)主要是靠火焰?zhèn)鞲衅鱽?lái)識(shí)別前方存在的火源，然后將信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行處理，小車(chē)停止前進(jìn)，語(yǔ)音模塊進(jìn)行報(bào)警，最后由電機(jī)帶動(dòng)水泵將前方發(fā)現(xiàn)的火源撲滅。六輪式底盤(pán)越野設(shè)計(jì)，可以輕松應(yīng)對(duì)各種地形，在地震發(fā)生后，房屋倒塌，山體滑坡等地形，該車(chē)都能迅速越野，增加寶貴的救援時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

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