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    多功能救火機(jī)器人的構(gòu)建

    2016-10-21 09:15:47朱雅喬
    中國(guó)設(shè)備工程 2016年10期
    關(guān)鍵詞:救火報(bào)警器接收器

    朱雅喬

    (天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空航天與汽車(chē)學(xué)院,天津 300350)

    多功能救火機(jī)器人的構(gòu)建

    朱雅喬

    (天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空航天與汽車(chē)學(xué)院,天津 300350)

    針對(duì)火災(zāi)救援的任務(wù)要求,研究了一款多功能救火機(jī)器人?;谀K化思想對(duì)機(jī)器人的本體、控制系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì),進(jìn)而對(duì)硬件平臺(tái)進(jìn)行搭建。通過(guò)WiFi控制軟件連接樣機(jī),驅(qū)動(dòng)樣機(jī)完成滅火實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,機(jī)器人能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

    救火機(jī)器人 ;三維設(shè)計(jì) ;樣機(jī)實(shí)驗(yàn)

    0 引言

    目前,火災(zāi)事故頻發(fā),在災(zāi)難事故現(xiàn)場(chǎng)亟需監(jiān)視、監(jiān)測(cè)與監(jiān)控的載體。一款多功能救火機(jī)器人采用履帶運(yùn)動(dòng)平臺(tái),具有較強(qiáng)越障能力的,非常適合執(zhí)行災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的搜索與偵查任務(wù),運(yùn)動(dòng)平臺(tái)搭載隨動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)及機(jī)械手,并預(yù)留傳感器接口,可采集目標(biāo)影像及環(huán)境信息、完成作業(yè)任務(wù),通過(guò)WiFi控制模塊與芯片串口通信,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制,為災(zāi)難救援提供第一手信息。本文基于Pro/E對(duì)智能節(jié)能救援機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基于對(duì)機(jī)器人硬件及軟件設(shè)計(jì),能夠帶來(lái)更好的操控體驗(yàn),提高工作效率。本機(jī)器人機(jī)身上設(shè)置有溫度傳感器,能夠使機(jī)器人根據(jù)溫度高低判斷需要滅火的位置,報(bào)警器能夠根據(jù)溫度高低發(fā)出火警警報(bào);同時(shí)設(shè)置在機(jī)身上的攝像頭能夠輔助操作人員獲得滅火現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境信息,發(fā)送接收器能夠使操作人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作,有效的保護(hù)了滅火人員的安全[1-3]。

    1 三維建模

    1.1移動(dòng)本體三維建模

    本文采用pro/E進(jìn)行三維建模。機(jī)身頂部設(shè)置有攝像頭、溫度傳感器、報(bào)警器;行走機(jī)構(gòu);控制器,控制器連接有發(fā)送接收器,控制器上與行走電機(jī)電連控制行走電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),且控制器接收溫度傳感器溫度信號(hào)控制報(bào)警器發(fā)出警示,發(fā)送接收器用以接收控制器發(fā)出或接收移動(dòng)終端的信號(hào)。機(jī)器人整體采用金屬材料,耐高溫;采用履帶行走機(jī)構(gòu),提高通過(guò)性;機(jī)身上裝有散熱裝置,提高機(jī)器人的適應(yīng)性;可旋轉(zhuǎn)手臂提高滅火工作范圍;溫度、視覺(jué)等傳感器的分布提高機(jī)器人感知現(xiàn)場(chǎng)的能力。

    1.2控制系統(tǒng)三維建模

    如圖1所示,控制系統(tǒng)由控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊組成。

    2 機(jī)器人的硬件系統(tǒng)

    MCU處理器——STC11F32XE,作為硬件系統(tǒng)的核心 。驅(qū)動(dòng)板連接路由器并打開(kāi)路由和驅(qū)動(dòng)板電源,電腦WIFI設(shè)置DHCP自動(dòng)獲得WIFI-Robot無(wú)線信號(hào),用WIFI-Robot 專(zhuān)用PC控制工具連接視頻和控制端口,WIFI-Robot就能進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控控制和視頻傳輸了。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片為L(zhǎng)298系列,能滿(mǎn)足機(jī)器人電機(jī)需求。電源穩(wěn)壓系統(tǒng)具有豐富的接口與資源(5路舵機(jī)驅(qū)動(dòng)接口;路紅外避障接口;1個(gè)TTL串口;1個(gè)紅外一體化接收頭;1個(gè)直流電源輸入接口,7~15 V范圍輸入;1個(gè)5 V電壓輸出接口,標(biāo)配1 A電流;6路LED可用于系統(tǒng)狀態(tài)提示),為機(jī)器人功能拓展與延伸提供可能。

    圖1 控制系統(tǒng)布局

    硬件系統(tǒng)的搭建:硬件系統(tǒng)搭建,如圖2所示,其重要性不言而喻,最終的目的是盡可能減小機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與期望目標(biāo)的偏差,達(dá)到理想的運(yùn)動(dòng)精度。

    圖2 機(jī)器人控制系統(tǒng)

    3 機(jī)器人樣機(jī)

    3.1機(jī)器人控制軟件

    (1)機(jī)器人固件:更新方式簡(jiǎn)單,在GPL版權(quán)協(xié)議下使用C語(yǔ)言編寫(xiě),并使用GNU bfin-elf-gcc或bfin-uclinux-gcc工具鏈編譯。

    (2)板載用戶(hù)程序:主板內(nèi)置C語(yǔ)言解釋器支持專(zhuān)門(mén)的機(jī)器人類(lèi)型命令以供用戶(hù)程序運(yùn)行。

    (3)開(kāi)發(fā)工具:GNU工具鏈。

    (4)控制臺(tái)軟件:通過(guò)運(yùn)行于Windows,MAC,Linux平臺(tái)上的基于java的應(yīng)用程序,連接內(nèi)建于SRV1中的5、WebcamSat服務(wù)程序觀看圖像,并允許多人同時(shí)通過(guò)Internet遠(yuǎn)程觀看。

    (5)機(jī)器人控制協(xié)議。圖像處理函數(shù)庫(kù)。

    3.2機(jī)器人樣機(jī)

    機(jī)器人樣機(jī)如圖3所示。

    圖3 機(jī)器人樣機(jī)

    WiFi控制(手機(jī)、電腦)、巡線、超聲波壁障、無(wú)線視頻傳輸。通過(guò)舵機(jī)、光耦繼電器控制水泵的開(kāi)關(guān),達(dá)到噴水滅火的目的;通過(guò)舵機(jī)、水銀開(kāi)關(guān)控制蜂鳴器,達(dá)到報(bào)警目的;通過(guò)舵機(jī)控制鋼絲拉桿,達(dá)到控制機(jī)器手的目的;外加備用電源,通過(guò)電容傳感器,達(dá)到應(yīng)急照明的目的。

    4 結(jié)論

    本文基于Pro/E對(duì)智能節(jié)能救援機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基于對(duì)機(jī)器人硬件及軟件設(shè)計(jì),能夠帶來(lái)更好的操控體驗(yàn),提高工作效率。本機(jī)器人機(jī)身上設(shè)置有溫度傳感器,能夠使機(jī)器人根據(jù)溫度高低判斷需要滅火的位置,報(bào)警器能夠根據(jù)溫度高低發(fā)出火警警報(bào);同時(shí)設(shè)置在機(jī)身上的攝像頭能夠輔助操作人員獲得滅火現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境信息,發(fā)送接收器能夠使操作人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作,有效的保護(hù)了滅火人員的安全。

    [1] 趙娜.移動(dòng)機(jī)械手路徑規(guī)劃與控制研究[D].天津:天津理工大學(xué),2006.

    [2] 李君.基于旋量理論的Stanford 臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].天津科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,(4):72~78.

    [3] 蔡蒂,謝存禧,張鐵,等. 基于蒙特卡洛法的噴涂機(jī)器人工作空間分析及仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2009,3:161~162.

    TP242

    A

    1671-0711(2016)08(下)-0084-02

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