朱雅喬

（天津中德職業(yè)技術(shù)學院航空航天與汽車學院，天津 300350）

多功能救火機器人的構(gòu)建

朱雅喬

（天津中德職業(yè)技術(shù)學院航空航天與汽車學院，天津 300350）

針對火災(zāi)救援的任務(wù)要求，研究了一款多功能救火機器人?；谀K化思想對機器人的本體、控制系統(tǒng)進行三維設(shè)計，進而對硬件平臺進行搭建。通過WiFi控制軟件連接樣機，驅(qū)動樣機完成滅火實驗。從實驗結(jié)果可知，機器人能滿足設(shè)計要求。

救火機器人 ；三維設(shè)計 ；樣機實驗

0　引言

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

1　三維建模

1.1移動本體三維建模

本文采用pro/E進行三維建模。機身頂部設(shè)置有攝像頭、溫度傳感器、報警器；行走機構(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電連控制行走電機轉(zhuǎn)動，且控制器接收溫度傳感器溫度信號控制報警器發(fā)出警示，發(fā)送接收器用以接收控制器發(fā)出或接收移動終端的信號。機器人整體采用金屬材料，耐高溫；采用履帶行走機構(gòu)，提高通過性；機身上裝有散熱裝置，提高機器人的適應(yīng)性；可旋轉(zhuǎn)手臂提高滅火工作范圍；溫度、視覺等傳感器的分布提高機器人感知現(xiàn)場的能力。

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)動模塊組成。

2　機器人的硬件系統(tǒng)

MCU處理器——STC11F32XE，作為硬件系統(tǒng)的核心 。驅(qū)動板連接路由器并打開路由和驅(qū)動板電源，電腦WIFI設(shè)置DHCP自動獲得WIFI-Robot無線信號，用WIFI-Robot 專用PC控制工具連接視頻和控制端口，WIFI-Robot就能進行遠程遙控控制和視頻傳輸了。電機驅(qū)動芯片為L298系列，能滿足機器人電機需求。電源穩(wěn)壓系統(tǒng)具有豐富的接口與資源（5路舵機驅(qū)動接口；路紅外避障接口；1個TTL串口；1個紅外一體化接收頭；1個直流電源輸入接口，7～15 V范圍輸入；1個5 V電壓輸出接口，標配1 A電流；6路LED可用于系統(tǒng)狀態(tài)提示），為機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器人實際運動軌跡與期望目標的偏差，達到理想的運動精度。

圖2　機器人控制系統(tǒng)

3　機器人樣機

3.1機器人控制軟件

（1）機器人固件：更新方式簡單，在GPL版權(quán)協(xié)議下使用C語言編寫，并使用GNU bfin-elf-gcc或bfin-uclinux-gcc工具鏈編譯。

（2）板載用戶程序：主板內(nèi)置C語言解釋器支持專門的機器人類型命令以供用戶程序運行。

（3）開發(fā)工具：GNU工具鏈。

（4）控制臺軟件：通過運行于Windows，MAC，Linux平臺上的基于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，并允許多人同時通過Internet遠程觀看。

（5）機器人控制協(xié)議。圖像處理函數(shù)庫。

3.2機器人樣機

機器人樣機如圖3所示。

圖3　機器人樣機

WiFi控制（手機、電腦）、巡線、超聲波壁障、無線視頻傳輸。通過舵機、光耦繼電器控制水泵的開關(guān)，達到噴水滅火的目的；通過舵機、水銀開關(guān)控制蜂鳴器，達到報警目的；通過舵機控制鋼絲拉桿，達到控制機器手的目的；外加備用電源，通過電容傳感器，達到應(yīng)急照明的目的。

4　結(jié)論

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

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

［2］ 李君.基于旋量理論的Stanford 臂的運動學分析［J］.天津科技大學學報，2010，（4）：72～78.

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

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