智能救援機器人

黃昌平　潘禮靜　于子甲

【摘 要】全世界目前都有著潛在威脅人類生命以及財產安全的自然災害，所以在提高自身安全意識之外，事故后的救援工作也同樣重要。由于災后環境復雜，空間狹小以及二次事故的潛在發生性，不利于救援人員進入現場，即會加大救援難度。這時智能救援機器人替代人去進行救援工作將會大大降低風險，較好地解決問題。本文簡述了一種基于STM32單片機作為操縱基本設計出的一款智能救援機器人，對于在復雜且危險環境中的救援工作會有更好的解決辦法。

【關鍵詞】單片機;智能救援機器人;集成電路

全世界各地深受地震、海嘯、泥石流等自然災害的侵害，很多災難難以避免，但是有效的救援能大大提高救援速率并且降低災難帶來的損失。為此我們設計了一款基于STM32單片機的智能救援機器人，可以持續進行單調的搜尋以及救援任務，不懼怕火、濃煙等危險性高的有害物質;可以進入險惡地帶拍下資料供救援人員分析以便更好地研究。救援機器人技術在國民經濟和安全方面起著重要的作用。

一、智能救援機器人的硬件設計

智能救援機器人主要由電源模塊、電機驅動模塊、聲光報警模塊、檢測感應模塊（避障、巡線、控制、測距功能）、控制器模塊這五部分構成。

（一）車身設計及硬件電路設計

車身設計：履帶式移動底盤需要在復雜工作環境中工作，同時要求進行越障以及爬樓梯，因此履帶底盤結構設計中設計了履帶前角，方便救援機器人進行越障。

硬件選型

1.開發板的選型

本次設計選用的開發板是常用的STM32。STM32系列基于專為要求高性能、低成本的嵌入式應用，為此特地設計的ARM Cortex-M3 微處理器核。小車的控制系統以STM32為主要控制芯片，運用紅外線終端對管收集道路數據，充分發揮STM32串口資源和高速的性能運轉、出色的處理信息能力來實現巡線功能。

2.循跡模塊的選型

本模塊使用運用脈沖調制原理制作的接收器，可以很大程度的減少外部因素的影響。而外紅外發射接收管的工作電流是由平均電流決定的，如果想要得到占空比小的調制信號，就會平均電流不變的情況下產生很大的瞬時電流（50～100mA），這就大幅度的增加了信噪比。

3.避障模塊的選型

選用避障模塊時主要有兩種選擇：一是超聲波模塊，二是紅外避障模塊。因為使用的超聲波避障模塊體積比較小，它的接收部分比較小，如果超聲波的反射聲波不是平行返回的話，接收到的信號就很弱，導致測距不準確;而紅外避障模塊對光線的要求又比較高，因此，選擇兩者一起使用。紅外避障模塊可以彌補超聲波避障模塊的死區部分，使智能小車更加靈敏。

（二）硬件電路設計

1.電源模塊電路

該系統使用2種供電形式。由于STM32所需3.3V恒壓提供電力，而目前的充電電池隨著用電時間會有所變化會影響芯片的工作，因此本設計采用7.4V充電電池和低壓差穩壓芯片TPS7350和TPS7333，以達到3.3V恒壓的目的; 整個供電系統是通過一節7.4V充電電池供電，STM32芯片須要3.3V電壓，循跡的基本功能須要5V電源供電，電機裝置可以用電池直接進行供電，因此應用電壓降比較小的TPS7350和TPS7333穩定在5V和3.3V。

2.電機驅動模塊電路

電機驅動組件是由可以負荷大電流的MOS管和動力集成電路IR2104組成的，微處理器輸出PWM波傳給驅動集成電路，驅動集成電路經過管控來調整電機的正反轉以及停止。

二、智能救援機器人的軟件設計

該救援機器人軟件操縱的一大部分使用JAVA語言編寫，JAVA語言能更好的實現智能機器人的各種操作，從而達到簡便且精準控制的目的。

（一）循跡功能的程序設計

循跡主要通過智能救援機器人前面的兩個循跡模塊采集地面的顏色信息，并把訊息發送給開發板進行數據分析及處理，從而讓救援機器人的動作能夠被控制，使用兩個傳感器一起工作，是為了能讓救援機器人實現準確循跡。

（二）避障功能的程序設計

避障子程序的任務是判斷智能救援機器人行駛的路線上是否有障礙物，根據對周圍環境的識別來給智能救援機器人下達正確的運行指令，最終避障。避障傳感器由左、右兩個紅外傳感器和一個加有舵機的超聲波避障模塊組成，三個傳感器一同工作，對地面障礙的勘測更加精準。

三、結束語

針對自然災害對國民經濟和安全造成的影響，為大幅提高救援效率以及減少損失，本文描述了對于智能救援機器人的設計和實現。智能救援機器人可以進行避障，自動尋找路線，越過障礙物，并且通過多種傳感器將信息傳送救援人員進行分析處理，在行進過程中能夠識別地面的路況以及通過機械臂舉起和放下物件，為救援工作提供便利。救援機器人的研究和發展必將對保護國民經濟和安全有著重大的意義。