基于apm.飞控的自主行进式救援履带机器人设计

马保俊　薛凯峰

【摘 要】针对传统救援机器人在救援过程中无法实现自动驾驶、操纵复杂等缺点，本设计基于APM2.8飞控系统智能救援履带机器人主要是采用移植飞控的自动驾驶、自动控制、数据传输功能到地面车辆平台，实现了地面车辆在广阔区依赖GPS的自动路线巡航，操作简单，解决了在自然灾害发生后大范围的巡查效率低、传统救援机器人操纵复杂等问题。

【关键词】自动驾驶；救援机器人；APM2.8飞控；遥控机械手

0 前言

近些年，战争、恐怖袭击等突发事件，地震、海啸等自然灾害及潜在的核、化、生和爆炸物等严重威胁着人类的生命与财产安全。灾难发生后的72小时为黄金抢救时间，但受灾难现场的非结构化环境的影响，救援人员难以快速、高效、安全地进行工作，且救援任务逐渐超出了救援人员的能力范围。因此，救援机器人已经成为一个重要的发展方向。但是传统救援机器人搜救中，救援机器人的搜索半径往往较小，而且搜救环境往往复杂多变，在有些大范围搜查救援中往往采取人力搜查。传统救援机器人进行搜救工作需要人工操作，既要进行驾驶又要进行信息采集，效率很低。这些原因致使地面救援机器人无法在大范围的救援巡查中的发展与应用。在国内，救灾机器人的研究起步较晚，但受到的重视程度很高。

1 系统整体设计方案

本设计主要采用手持遥控器和计算机远程自动控制，其中遥控器控制机械手模块和高压水泵，还可切换APM 2.8飞控的控制模式，计算机控制通过433MHz的数据传输模块导入机器人的预订行进路线，并可实时监控机器人各种数据，如机器人所搭载的摄像头将现场视频信号传入飞控的osd视频叠加模块，该模块将机器人的电池电压、位置、信号强度等信息叠加在视频信号中，然后通过图像传输模块将视频信息回传至监控屏幕。机器人各功能模块及实物分别如图1，2所示。

图1 机器人系统组成

机械人系统运行时，手动控制和自动控制两种操控模式可及时切换。在手动模式中，操纵者观察利屏幕图像（图3），通过wfly9型调频遥控器选择手动模式，APM2.8飞控系统不介入机器人行进的控制，遥控器直接通过pwm信号通过电子调速器操控驱动电机转速来操纵机器人前进、后退、转弯。整套系统中机器手、消防水泵、相机云台始终处于手动控制状。手动模式适用于无GPS信号，地形复杂，任务复杂的情况。当GPS信号良好且需要进行大规模巡查时即可通过wfly9 遥控器切换至自动模式。自动控制模式需要地面站软件对机器人巡查的路线进行设计，通过数据传输模块写入apm2.8飞控系统。机器人将按照设计路径自动驾驶，如果遥控器信号丢失，机器人将进入失控返航模式，利用GPS信号回到机器人开机地点。在巡航过程中操纵者可以利用机器人头部搭载三轴陀螺仪感知头部运动，利用遥控器直接操控摄像头云台的两个舵机，从而更灵活调整摄像头朝向，对周边环境灵活观察，如果发现紧急情况可以立即切换到手动模式进行处置。该机器人配置了水泵和水箱具有一定的消防能力。此外，机械手采用六个mg996r舵机驱动，通过遥控控制机械手前端可进行高扭矩机械抓取动作。

1.数据传输模块；2.APM2.8飞控；3.GPS模块；4.图像传输模块；5.天地飞九接收机；6.高压水泵；7.机械手模块；8.摄像头

2 硬件设计

机器人本体部分----硬件核心为APM2.8飞控核心MCU，并整合性6轴运动处理组件MPU6000。高度测量功能采用高精度数字空气压力传感器MS-5611，GPS定位模块选用MTK 3329，存储部分采用板载16MB的AT45DB161D存储器。信息采集功能选用OSD模块将机器人姿态、模式、速度、位置等重要数据叠加到图像上实时回传，机械手采用大扭力舵机jx6221。

遥控部分----Wfly9是一款2.4GHz跳频9通道遥控器（如图4所示），采用了高速度，高分辨率，优化的2.4GHz PCMS 4096制式，具有很高的抗干扰能力。

3 系统软件

控制计算机使用开源的地面站软件Mission planner（图5）。该软件可以完成飞控的初始设置完成对电机调速器、舵机的方向、行程的设置。该软件可以对飞控进行航点编辑导入：执行任务前，软件通过外网加载的离线卫星地图，也可以加载灾害发生后的航测图，通过点击地图图像获得经纬度参考点，逐一设置航点后可以设置机器人围绕航点的自动环绕侦查，之后完成对初始航点和结束航点的设置，设置完成后直接通过算法生成二进制文件通过串口烧写入飞控。

4 结论

该机器人采用的APM 2.8飞控系统可以完成127个航点路径的自动巡查，适用于3km范围内的自动续航、探查填补了以往此类救援机器人的功能空白，由头部动作直接控制的相机云台可以更加灵巧的控制CCD摄像头实现最大范围的探查。这一救援机器人配备的消防系统可以执行一些消防任务，也可以搭载其他模块利用其自动续航的功能实现其他功能大大提高巡查效率，减少搜救人员劳動强度。

【参考文献】

[1]徐霄，刘寅生，李英东，等.基于APM2.8飞控器的可测温无人机控制系统[J].数码世界，2017（1）：131-131.

[2]郑卫娟，胡云琴.基于APM飞控的无人直升机设计[J].信息与电脑：理论版， 2013（8）：55-56.

[3]杨阳，储祝颖.基于APM开源飞控平台的四轴旋翼飞行器[J].信息通信，[4]2015（8）：68-68.

[4]宋玉春，唐途亮，吴创彬，等.基于MWC开源飞控软件的航拍设计与实现[J]. 现代计算机，2015（24）：54-57.

[责任编辑：朱丽娜]