水陆两栖救灾机器人的设计

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1、水陆两栖救灾机器人的设计　　摘要该项目基于单片微型计算机设计了一种水陆两用多功能救灾机器人。该两栖救灾机器人结合了常见轮式车辆和快艇的特点，又兼具了自动避障，路面监测，有害气体监测，原地掉头，温湿度监测，人体检测，声音回传，语音播报等各项特色功能，再加上多样化搭载平台的理念，具备了适应各种不同地形，不同灾害的能力。　　【关键词】单片微型计算机水陆两栖机器人灾情勘察救援　　我国是一个自然灾害频发的国家，灾害发生时急需救援人员及物资第一时间到达现场，但洪涝、地震、火灾等灾害发生时极易导致道路、管道受损，陆路无法通行，救

2、灾人员无法第一时间到达现场施救。常规事故的救灾方式是根据事故类型确定救灾方案，因不能接近灾害现场，无法详细了解灾害现场的状况，救灾指挥中心难以制定有效的施救方案和措施，从而造成不必要的人员伤亡和经济损失。随着科技的发展，机器人将会大量应用到救灾领域。　　1硬件设计　　1.1微型处理器核心板最小系统　　本作品采用STM32F103微型处理器作为主控芯片，STM32F103微型处理器是ARMCortex-M3核的32位微型处理器，设计最小系统时，需要外加晶振电路和复位电路，同时还需要考虑其引脚的连接与外设的合理分配。　

3、　1.2摄像头及图像传输模块　　该部分电路使用模块化解决方案，摄像头采用安防微型AV摄像头，图像传输模块采用安防无线图传模块。　　1.3电机驱动电路　　本作品采用BTS7960芯片驱动电机，该芯片是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，要驱动两路电机正反转，则需要使用4块芯片组成两路全桥。　　1.4显示屏电路　　本作品所使用的OLED12864显示屏使用SPI通信协议，只需要4只I/O就能驱动。　　1.5语音识别模块电路　　本作品使用LD3320语音识别芯片，在电路设计中需要充分考虑电源的稳定以及录音时对杂波的过滤

4、，所以在设计中加入了许多电容。　　1.6传感器部分电路　　本作品所使用的温湿度传感器、气压传感器、地磁场传感器、红外传感器等均采用模块化设计，其中温湿度传感器使用1-wire协议，气压传感器和地磁场传感器使用IIC协议，红外传感器使用NEC协议。　　2机械系统设计　　2.1行走动力及防撞避障机构　　救灾机器人的常规驱动由两个电机完成，通过多级齿轮传动，增大扭矩。两台电机可以为车辆的行驶提供足够的动力，保证行驶速度，并且可以通过两台电动机的互相配合达到转向的目的。为了使救灾机器人在救援过程中充分发挥作用，必须要保证其

5、自身的安全，利用搭载在车架上的摄像头，可以监测前方状况，并及时做出调整，发现障碍物时，可利用机械手臂对障碍物进行清理，有效减少车辆与障碍物产生碰撞，保护车辆的安全。安装在车架上的传感器可以检测识别障碍物的方位，随时自动调整方向，避开障碍。　　2.2水路?恿ο低?　　当车辆在泥地、沙地、水面行驶时，需要运用空气螺旋桨来提供动力，它由独立的电机来驱动，并可以由蜗轮蜗杆来调整角度控制方向。　　3控制系统设计　　3.1总体控制　　本救援机器人在执行任务时，既要保证车辆自身安全，又要第一时间到达救灾现场，一个完善的控制系统是

6、十分必要的。救援车启动后前进，当遇到各种障碍时，可以使用安装在车架上的传感器检测识别障碍物的方位，随时自动调整方向，避开障碍。同时又兼具了路面监测，有害气体监测，原地掉头，温湿度监测，人体检测，声音回传，语音播报，并能通过视频传输系统把现场情况实时传输到显示设备。　　3.2各分机构控制　　救援车的每个动作都是由程序自动控制。　　3.2.1水陆切换模式　　当水位系统探测到河流、湖泊或洪水时，驱动左边车轮、驱动右边车轮停止，轮胎升降系统启动，轮胎收起，启动螺旋桨旋转，救援车进入水上模式；当水位系统探测到陆地时，轮胎升降

7、系统启动，轮胎着陆，救援车进入陆上模式。　　3.2.2避障模式：分为陆路和水路两种方式来分别实现　　陆路：当红外监测系统闭合，说明右（左）边有障碍物，驱动右（左）边车轮反转，救援车后退一定距离。然后，电机驱动（左）右边车轮正转，电机驱动（右）左边车轮反转，救援车向左（右）转弯。车子向前走一段距离后，进行与第一次转弯过程相反的右（左）转弯，回到原来的行进方向上来继续行进。　　水路：当红外监测系统闭合，说明右（左）边有障碍物，螺旋桨转到右（左）侧，救援车向左（右）行进一段距离后，回到原来的行进方向继续行进。　　3.2.

8、3工作模式　　行进过程中，救援车前方会出现很多障碍物不能前进时，可以通过摄像头和超声波检测系统进行实时监测，使用机械手臂对障碍物进行清理，从而使本车继续前进。该机器人搭载人体检测和声音回传系统，可以检测现场是否有人，并且可以通过声音回传系统把现场声音回传到收音系统。该机器人还搭载可燃气体检测和语音播报系统，当发现有可燃气体时，语音系统可以分危险等级播报，并且