李煒賢 陳泓斌 李 博 尹文剛

武警警官學(xué)院

引言

當(dāng)前,武警部隊在陸地和空中的先進武器裝備相繼列裝,但是水下警用設(shè)備還較為欠缺。伴隨著社會的發(fā)展與任務(wù)的驅(qū)動,海警部隊于2018年正式納入武警序列,武警部隊執(zhí)勤的領(lǐng)域越來越廣泛,對水下設(shè)備的需求也越來越迫切。

因此,本課題圍繞武警部隊的相關(guān)任務(wù)需求,設(shè)計了一種多功能警用水下偵查打撈機器人。該設(shè)備能夠用于海關(guān)執(zhí)勤中對船側(cè)、船底走私物的檢查,配合公安機關(guān)進行水下刑事證物的探測識別、涉案水下現(xiàn)場搜索調(diào)查任務(wù),以及承擔(dān)重大水上賽事和會議期間的水下重點區(qū)域安保防護任務(wù)。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

該水下機器人采用了創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案,整體框架為PVC材質(zhì)的圓柱體。四個螺旋槳在中部呈360度對稱分布,用于控制機器人的全向運動,可以實現(xiàn)無需轉(zhuǎn)向任意角度的航行。頂部的螺旋槳用于控制機器人下潛、上升、懸停。機器人中部安裝旋轉(zhuǎn)云臺,云臺上搭載高清攝像頭,云臺可實現(xiàn)左右360度旋轉(zhuǎn),配合LED強光照明,擴大了偵察和搜索的范圍。底部安裝機械臂裝置,對目標(biāo)物體實施打撈,所有與水接觸的元器件均作防水處理。本設(shè)計采用有線通信,既能保證水下信號傳輸?shù)母咝?又能充當(dāng)機器人故障時的保險繩,同時也有效節(jié)約了成本。系統(tǒng)整體設(shè)計電路如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 螺旋槳動力驅(qū)動電路設(shè)計 螺旋槳動力驅(qū)動采用L298N模塊,其內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路,可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS。將單片機的電源引腳接入模塊5V輸出口,給單片機供電,相當(dāng)于無形之中增加了一個降壓模塊。在電路中加入二極管,其作用是在產(chǎn)生反向電流時進行泄流,防止直流電機切換轉(zhuǎn)動方向產(chǎn)生很大的電流對芯片的損壞。驅(qū)動電機設(shè)計電路如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計電路圖

圖2 驅(qū)動電機設(shè)計電路圖

2.2 機械臂舵機電路設(shè)計 舵機常用的控制信號是單片機內(nèi)部定時器產(chǎn)生的周期為20毫秒左右的,寬度為1毫秒到2毫秒的脈沖信號。當(dāng)舵機收到該信號后,會馬上激發(fā)出一個與之相同的,寬度為1.5毫秒的負向標(biāo)準(zhǔn)的中位脈沖。之后兩個脈沖在一個加法器中進行相加得到了所謂的差值脈沖。舵機電路設(shè)計電路如圖3所示。

圖3 舵機電路設(shè)計電路圖

2.3 攝像頭云臺電路設(shè)計 云臺由一個步進電機構(gòu)成,電機可以360度正反旋轉(zhuǎn),固定在水平底盤上。攝像頭安裝在云臺電機上,可以實現(xiàn)攝像頭左右自由旋轉(zhuǎn),增加偵察視野。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動程序 本設(shè)計采用直流電機作為控制機器人運動的核心,通過程序編寫控制電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn),達到控制機器人前進,后退,左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn),下潛,上升的目的。

3.2 舵機步進電機轉(zhuǎn)動程序 本設(shè)計采用步進電機作為控制機械臂的核心,通過程序編寫控制步進電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn),達到控制機械臂張開或者閉合的目的。步進電機轉(zhuǎn)動程序流程如圖5所示。

圖5 步進電機轉(zhuǎn)動程序流程圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計地基于STC89C52單片機的多功能警用水下偵察打撈機器人。能有效地滿足武警部隊水下偵察與水下打撈的任務(wù)需求,為武警部隊更好的完成反恐維穩(wěn)、安保警戒等任務(wù)打下堅實基礎(chǔ)。