【毕业设计】救援机器人毕业设计 ㊣ 精品文档 值得下载

，然后再搜救遇险矿工。

这种方式危险性大，伤亡人数多，救灾周期长，往往效率低。

随着科技的发展，机器人将被应用到煤矿救灾领域。

救灾机器人利用自身的优点，能迅速找到井下遇险矿工的位置，降低事故危害性，对提高救灾效率具有重大意义，具体表现为机器人具有灵活性好机动性强的特点，有较好的爬坡和越障能力，能适应现场各种各样的地理环境。

比如，蛇形救灾机器人能适应任何的复杂环境，在井下能自由运动。

机器人的探测技术发展迅速，能迅速找到井下遇险矿工的位置。

机器人利用传感器通过探测井下遇险矿工的呻吟声体温的变化及心脏跳动的频率的信息能找到他们的位置。

其次，机器人的视频探测器摄像头具有信息直观能实现计算机辅助控制等特点，可以将现场环境的图像返回到救灾中心，为进步控制机器人的运动方向，制定下步救灾的方案提供决策依据。

最后，机器人还能进入井下区域，监测事故现场如温度瓦斯以及有害气体的浓度的变化，防止事故的二次发生机器人具有为井下遇险矿工投放小包食品药物和通讯装置等辅助功能，能有效地减少遇险矿工的伤亡人数。

国内外的发展趋势和研究现状年日本神户大阪地震及其后发生在美国俄克拉荷马州的阿尔弗德联邦大楼爆炸案，揭开了救援机器人技术研究的序幕。

年美国的事件，美国机器人辅助救援中心和其他些单位的救援机器人参与了救援活动。

例如公司的系统图系统图以及公司的系统图图，如下图所示图公司的系统图系统日本的教授首先提出蛇形机器人运动系统，并研制出了第个蛇形机器人如图显示图为蛛型机器人星标。

图蛇形机器人图星标随着对救援机器人的不断深入研究，越小而效率高的履带式救援机器人深受大家的喜爱。

在目前的救援工作中，往往释放许多的机器人，以扩大搜索范围，提高工作效率，并且多个机器人协同合作，可以提高信息的可靠性和准确性。

各个机器人之间相互交流可以解决诸如定位全覆盖翻越障碍等单个机器人难以处理的问题。

履带式的机器人撑地面积大摩擦大能更好的翻越障碍，所以现在是主流。

救援机器人的机械设计机器人的移动机构设计本文设计的履带式移动机器人是为救援侦查和监测设备提供移动平台，要求结构简单，体积小，具有较强的越障能力，而且控制简单。

考虑到机构复杂程度和设计成本等因素，本文设计了种新型的基于四杆机构的履带式移动结构图。

图四杆机构示意图该结构最大的优点在于利用简单的四杆机构作为其移动机构和变形机构，使其机器人的行进与履带的变形达到车体体积减小，结构紧凑。

这样既使机器人具备了良好的机动性能和环境适应能力，又加强了机器人越障爬坡性能和对机器人的使用要求。

该机器人的机械主体结构为常见的平行四边形结构。

平行四边形的工作原理如下图所示，在此机构中机架平行四边形的工作原理如下图所示。

在此机构中为机架中，图平行四边形工作原理两构件与机架相连为连架杆，为连杆。

平行四边形机构有两个显著特性是两曲柄以相同速度同向转动二是连杆作平动。

当主动曲柄以定速度转动时，从动曲柄也以同样的速度转动，而连杆作平动，始终与机架保持平行状态。

可以明显看出如果再此机构上搭建工作平台，其最大特点就是工作平台运动平稳可靠，而且运动范围很广，这就决定了机器人的越障性能。

图是基于平行四边形连杆机构的机器人结构简图。

其中，连杆长为，连杆架和长为，四个履带轮半径均为。

图机器人结构简图为验证绕在轮子四周的履带在机构变形时的总长不变，可假设在机构变形的任意时刻，连杆架与机架之间夹角为，履带与四个履带轮的包角分别为，则履带总长可由下式计算从题意可得履带总长为由上式说明，总长在机构变形过程中为定值，与变形角度无关，也就是说，履带在变形中不会发生时松时紧的现象。

机器人运动分析机器人在主动适应环境时具备多种运动功能和形体变化功能，根据机器人运动特点和形体变化特点总结出以下种典型运动姿态如图所示。

图机器人典型运动姿态并拢态并拢态是机器人正常行进姿态如图所示，正常行进分为直线运动和转弯两种情况。

机器人两侧运动单元中的履带等速运动可实现直线行走功能，反向或不等速运动可实现机器人滑差转向。

单翼搭接态单翼搭接态是机器人越障跨沟姿态如图所示，作用是在机器人越障跨沟过程中能展开翼板搭接到高处的障碍物或是深沟对面，给机器人通过提供支撑力帮助攀爬，或者在机器人运动中作为复位姿态出现。

双翼展开态双翼展开态也是机器人的种行进姿态如图所示，能增加机器人方向的长度尺寸使机器人在跨沟时更具有优势另外机器人在通过松软地形时以该种姿态行使可以减少对地面的区域集中压力提高路面通过性。

弯身态弯身态是机器人结构变形姿态如图所示，可以实现三轮车辆的运动方式，此时两个履带轮作为机器人的前驱曲柄仍能保持原姿态而不会出现反转现象。

云台结构设计云台的基本结构如下图所示安装在机器人机架上的云台结构比较简单，只有个自由度。

下图为云台结构示意图，传动系统主要由云台底座回转台支撑架组成。

云台底座通过个移动杆件固定在机架上，回转台可以绕其与回转台联接的轴线转动，其驱动电机及部分传动装置安装在回转台内回转台上装有个摄像头和个探照灯，可以用于夜间照明以及拍摄机器人的工作环境。

图云台结构简图救援机器人的控制系统设计智能救援机器人主要由电源模块检测感应模块实现巡线避障捡放硬币测距功能声光报警模块控制器模块电机驱动模块显示模块六部分组成，其结构框图。

图控制系统简图硬件设计电源电路智能救援机器人全部能量来源于位于机器人底部的电池，经过传统的稳压电路给其单片机及外围传感器供电，其电路如上图所示。

部分传感器采用低电压供电可以避免机器人过早检测障碍物而停止前进，如图。

图电源电路寻线电路巡线模块我们采用红外对管。

红外对管由和光电三极管组成，光电三极管根据从地面反射回来的的光的强度而改变积极基极电流。

在光电三极管基极接上拉电阻，则可根据基极电压的测量判断反射光的强弱，强光说明探测器下方是白色，弱光说明下方光较弱，大部分光被黑线吸收。

对于输出的模拟信号，我们将其引入五个电压比较器进行处理。

电压比较器的输入端接红外对管，另端接滑动变阻器，通过对滑动变阻器的调节可以实现对红外对管对黑线的灵敏度。

比较器的另端接上拉电阻后进入单片机进行探测。

避障电路避障部分采用光电开关，将其安放在机器人需要测量的各个方向。

为减少它的测量距离保证机器人的正常运行，我们采用的是低电压供电，供电电压虽略显不足，但能保证它的正常短距离探测。

光电开关的信号线的高低电平可反映前方障碍物的有无，障碍物检测电路如图所示。

图避障电路激光测距电路由于激光执行性强能量消耗慢在介质中传播距离较远的特点，我们采用，如图所示。

测距模块能比较迅速方便地测出模块之间的距离，单片机采用跳变沿触发，触发后即开始计时。

当电平变低后即开始读定时器，此时的值即为此次测距所用的时间。

根据即可得出所测得的距离。

如此周期性测量即可实现移动测距。

单片机内部自动将测得数据保存并与上次测距结果比较，保留最大值，当连续五次未测得大于前次的数据时停止检测并记录最大值，是时单片机控制显示模块将测得的最大值在液晶屏上显示出来。

图激光测距传感器控制器电路由于主控制器的任务较多，电路要求引脚较多，且显示器的控制程序较为复杂，我们单独配备了个同样的单片机作为主控制器的辅助部分，通过它来分担主控制器的工作，来完成显示部分的工作。

其中主控制器与其它模块的连接，如图。

图控制器电路声光报警电路声光报警模块主要应用于搜救报警电路中，同时为进步扩展应用，我们在控制其开关的同时引入另条信号线实现了对声音的控制。

在搜救过程和平安到达安置区时经采用不同频率和音色的声音给出表示。

寻找人时我们采用热感应技术，当发现人时，其信号线上电平从低电平变为高电平，触发单片机中断，在单片机的控制下机器人停止运动，启动音乐发生模块并点亮进行声光报警，具体实现电路，如图。

图声光报警电路电机驱动电路单片机通过传感器的反馈信号控制电机正转反转或者停止，来实现控制机器人完成各种动作。

是专用电机驱动芯片，他可以实现电机的正反转刹车调速等多种功能，是对机器人电机进行控制的比较理想的芯片，因此我们采用芯片对两个普通电机进行控制。

通过编程完全可以控制实现题目的基本要求和发挥部分，也可增加各种创新功能。

芯片信号电源与驱动电源的分开，可以根据需要对电机的电压进行调节。

显示电路采用型显示相应的信息。

此显示器模块的工作电压为左右，支持显示行字符，每行可显示个字符，每个字符由点阵显示。

可以通过编程实现多种显示，显示信息比数码管更多，显示效果更好。

由于主控制器的单片机任务较多，电路接线较复杂，我们采用单独的单片机控制显示模块。

智能机器人的软件设计控制系统采用，图是控制系统程序设计的总体框图，采用模块化和多任务处理机制等程序设计方法，对机器人各个模块实行并进行处理，可以有效提高控制系统的工作效率，而且也便于程序的修改和调试。

图软件设计简图控制系统初始化包括电机驱动初始化无线模块设置及系统监测初始化等，而电机驱动器的初始化则是最为关键的部分，主要包括节点地址设置控制模式设置分辨率设置参数设置限制参数设置和串口通讯设置等等。

机器人控制系统的流程图如图所示通过总线直接操作电机驱动器，从而实现对电机的运动控制和获取机器人的其它信息。

驱动软件的主要任务是初始化寄存器参数设定加速度滤波器参数和运动轨迹参数，然后按照预定参数输出控制信号，完成对电机的控制。

开始机器人各模块及其对象变量初始化准备就绪电机运动控制模块无线数据模块系统监测模块故障处理模块图控制系统流程图结论以单片机为核心部件，利用红外传感检测电机控制等技术，通过各种方案开始自检有故障窜口初始化电源检测电压正常自检有故障故障诊断与报警上位机界面操作对各电机驱动器发送相应指令速度控制指令位置控制指令数据控制指令其他指令。

指令有误数据接受子程序工作完成结束的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化，最后智能救援机器人可以实现避开障碍物，并寻找到合适的路径顺利通过受损的桥梁，并能较准确地测出桥梁的高度自动识别路线状况，并根据实时状况快速做出判断，准确控制机器人的转向自动显示所要求的信息自动寻线前进，能智能检测声光报警，并有彩灯闪烁行驶到规定的地点自动停止并显示救援结束。

在设计过程中，力求硬件电路简