管道救援遙控車設計

郭旭 劉濤

摘 要：科技高速發展，智能消防設備隨著科技進步而不斷突破。本文設計一輛可以進入管道內部，攜帶攝像頭等通訊裝置，了解被困人員的情況，提高救援能力的管道救援遙控車。基于89C51單片機的智能遙控車的分析與設計，采用光敏傳感器實現自動避障功能與遠程操作相結合，設計主控制器、電機驅動、電池、以及檢測模塊。實現管道救援的功能，給出程序框圖，進行理論分析，證明設計的可行性。

關鍵詞：管道救援；遠程控制；自動避障；車身設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.008

1 引言

由于管道空間限制，救援人員不能及時了解被困人員現狀，甚至由于救援判斷的錯誤危及被困人員的生命。遙控小車可以在危險環境中代替人體進行探測等工作，既可以減小人員傷亡，又可以精準的完成任務[1]。

2 管道救援遙控車設計

已知車輪設計轉速6.5m/min，車輪牽引力為25N，車輪直徑48.1mm。

設計直接驅動車輪，中間兩齒輪采用雙層齒輪，提高傳動效率。

2.1 車架的設計

車架選用邊梁式車架。由分開的若干縱梁和橫梁組成，便于安裝車身和布置其他總成[2]。

2.2 電動機參數的選取

（1）電動機選用直流有刷電機。

2.5.2 蝸輪與蝸桿的主要幾何尺寸

因為蝸桿傳遞功率和速度都不大，選用普通阿基米德蝸桿。

要求傳動比大而且反行程擁有自鎖性，常取1，為單頭蝸桿[6]。

壓力角α：國家標準GB/T 10087—1998規定，阿基米德蝸桿壓力角。國家標準GB/T 1356—2001規定：，。

傳動比i和齒數比u：當蝸桿為主動時，，。

2.5.3 軸的設計計算

因為中間兩個軸采用雙層齒輪設計，不需要軸傳動，僅起到支撐作用，所以選用標準采用蝸桿軸的標準。

（1）蝸桿軸：

2.6 總體結構

采用4*4的驅動形式。通過程序的控制可以實現每個車輪可單獨運動。

小車總寬為40cm，總長為40cm，高度為35cm。

質心高度與專用車的縱向穩定性和側向穩定性成反比，質心高度應選的較低，本小車選為30cm。

專用車通過性參數：最小離地間隙0.3m、通過半徑0.1m、接近角45?、離去角45?。

3 控制系統的設計

3.1 傳感器的選用

避障傳感器選用紅外線傳感器；熱傳感器選用Grove-PIR Motion Sensor，它利用熱電紅外傳感器偵測面前120?扇形，距離3m范圍內移動的物體。

遙控器選用WFT07 2.4G遙控器，工作電壓范圍：3.7V～6V。接收器選用WFR07S接收機，7通道，可滿足現有的操作要求并且備用幾個通道便于附加功能的添加。

3.2 單片機的選用

本設計中采用89C51單片機，此單片機為帶4K字節閃爍，可編程與擦除只讀存儲器的低電壓與高性能的CMOS8位微處理器[7]。

3.3 控制系統工作原理

P0.0- P0.4端口接為傳感器的信號接收端；

P0.5、P0.6、P1.0- P1.7端口接為電動機運行控制端；

P2.0-P2.7端口為外界控制端。

3.4 工作原理

若下出現熱源時，P0.3=0，熱敏傳感器進行控制，停止工作；

當右前方出現障礙時，P0.0=1& P0.1=0，接收右側紅外線傳感器障礙信號；P1.0=1，繼電器控制左前方車輪停止前進；P1.4=1時，繼電器控制左后方車輪停止前進；延時2秒， P1.0=0，繼電器控制左前方車輪前進；P1.4=0時，繼電器控制左后方車輪前進。

同理，當左前方出現障礙時，P0.0=0& P0.1=1；當左右前方均出現障礙時，P0.0=0& P0.1=0。

4 結論

設計適用于管道的救援遙控車，通過傳感器實現自動避障，通過通信模塊遠程控制小車，采用了89C51單片機，電池模塊、電機驅動模塊等。

采用了6V直流電機提供驅動力，行進機構上采用蝸輪蝸桿三級減速機構，保證動力的充足并且留出攜帶其他裝備空間。

管道救援遙控車的出現有助于救援設備的發展。在今后救援工作中提高救援工作安全性與救援效率，具有重要的理論與現實意義。

參考文獻：

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[3]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社，2016（05）.

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[6]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社，2016（05）.

[7]李群芳.單片微型計算機與接口技術[M].北京：電子工業大學出版社，2015：16-26.

作者簡介：郭旭（1996-），男，河北唐山人，本科，研究方向：車輛工程。