呂寧一 曹沛晴

隨著科技的進步與生活水平的提高，人們對生活和工作環(huán)境的安全性與舒適性提出了更高的要求。對于危險災(zāi)難而言，“防患”的意義大于“救災(zāi)”，如何能夠及時發(fā)現(xiàn)危險，合理預(yù)防；同時又能盡量不打擾人們正常的生活，做到“人性化”防患，是需要研究人員認(rèn)真思考的一個重要問題。我們在老師的指導(dǎo)下，利用自己所學(xué)的知識，設(shè)計了一種電動安防機器人（主要功能為火災(zāi)預(yù)警），它以車載電源為動力，用電機進行驅(qū)動，能夠?qū)μ囟▍^(qū)域進行安全巡檢并能根據(jù)檢測的情況采取相應(yīng)的措施。

電動安防機器人能夠“默默無聞”地守護在我們身邊，有效地提高我們的工作和生活質(zhì)量。但如果把充電電池作為安防機器人的儲能元件，亟需解決的一個重要問題就是電池的快速充電。針對亟需解決的問題，我們又設(shè)計了安防機器人的快速充電裝置，實現(xiàn)了以超級電容器為儲能元件的能夠快速充電的安防機器人演示系統(tǒng)。

我們通過改裝工作電壓為4.8V的玩具電動車來制作安防機器人的移動底盤，選擇兩個容量為150F、電壓為2.7V的SU0150E-0027V-1CA單體電容器串聯(lián)后作為電源。兩個超級電容器串聯(lián)后的最高電壓將達到5.4，可以滿足玩具電動車4.8V的電壓要求。

為實時監(jiān)測超級電容器在充電或機器人運行過程中的電壓和容量，我們設(shè)計和加工了一個LED電壓指示燈，超級電容器的電壓與容量成正比，所以LED電壓指示器是根據(jù)超級電容器的工作電壓設(shè)計和制作的（如圖1）。電容器的電壓是5.4V，所以LED電壓指示器用5個發(fā)光二極管進行顯示，另用五個普通二極管分別與發(fā)光二極管相連，因為紅色發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓是1.8V，所以只要電壓在1.8V基礎(chǔ)上增加0.6～0.7V，第一個發(fā)光二極管就會慢慢亮起，以后電壓每上升0.6～0.7V，就會有一個發(fā)光二極管亮起，若5個全亮，說明電壓達到4.8～5.3V，電容器完成充電。

電動安防機器人主要由電源模塊、電機驅(qū)動模塊、傳感器模塊、單片機控制器模塊、轉(zhuǎn)向舵機等組成（如圖2）。

電源分兩部分，一是為機器人的控制電路提供電力，二是為驅(qū)動電機提供電力；電機驅(qū)動采用一片L293D芯片，該芯片內(nèi)部集成兩個H橋；傳感器是為了讓安防機器人能夠沿既定巡檢軌跡行駛，我們將黑色導(dǎo)引線（即車道線）設(shè)置在白色的地板上的方式實現(xiàn)這一任務(wù)；單片機控制器為機器人的大腦，是由一個飛思卡爾單片機為主的控制器；轉(zhuǎn)向舵機主要收發(fā)主控制器發(fā)來的信號，進而控制前輪轉(zhuǎn)向。

為實現(xiàn)安防機器人的自動充電，我們設(shè)計了一個智能車位式充電站。該充電站與停車位合二為一，主要有充電觸頭、觸頭升降機構(gòu)、驅(qū)動電機、測距傳感器、微動開關(guān)、車位指示燈、大電流AD/DC轉(zhuǎn)換器、車位充電控制器組成（如圖3）。

安防機器人能夠進行火災(zāi)安全巡檢、自動預(yù)警、自動檢測電壓、自動充電。在電力充沛的情況下，機器人為安全巡檢模式，沿內(nèi)環(huán)道（即紅色軌跡）巡檢行駛，在行駛過程中自動檢測紅外熱量傳感器一級超級電容電壓；在電力不足的情況下，機器人切換為充電模式，沿外環(huán)道（即藍色軌跡）進入充電站進行充電并實時檢測充電電壓。當(dāng)電力充足時，機器人又回到安全巡檢模式，沿內(nèi)環(huán)道行駛檢測（如圖4）。

本項目的研究設(shè)計，可以有效解決工作在特定區(qū)域范圍內(nèi)的機器人工作連續(xù)性問題，也許還可以用在城市電動汽車的現(xiàn)場快速充電方面，對機器人以及電動汽車的普及和推廣具有參考價值。