智能救援机器人

黄昌平　潘礼静　于子甲

【摘 要】全世界目前都有着潜在威胁人类生命以及财产安全的自然灾害，所以在提高自身安全意识之外，事故后的救援工作也同样重要。由于灾后环境复杂，空间狭小以及二次事故的潜在发生性，不利于救援人员进入现场，即会加大救援难度。这时智能救援机器人替代人去进行救援工作将会大大降低风险，较好地解决问题。本文简述了一种基于STM32单片机作为操纵基本设计出的一款智能救援机器人，对于在复杂且危险环境中的救援工作会有更好的解决办法。

【关键词】单片机;智能救援机器人;集成电路

全世界各地深受地震、海啸、泥石流等自然灾害的侵害，很多灾难难以避免，但是有效的救援能大大提高救援速率并且降低灾难带来的损失。为此我们设计了一款基于STM32单片机的智能救援机器人，可以持续进行单调的搜寻以及救援任务，不惧怕火、浓烟等危险性高的有害物质;可以进入险恶地带拍下资料供救援人员分析以便更好地研究。救援机器人技术在国民经济和安全方面起着重要的作用。

一、智能救援机器人的硬件设计

智能救援机器人主要由电源模块、电机驱动模块、声光报警模块、检测感应模块（避障、巡线、控制、测距功能）、控制器模块这五部分构成。

（一）车身设计及硬件电路设计

车身设计：履带式移动底盘需要在复杂工作环境中工作，同时要求进行越障以及爬楼梯，因此履带底盘结构设计中设计了履带前角，方便救援机器人进行越障。

硬件选型

1.开发板的选型

本次设计选用的开发板是常用的STM32。STM32系列基于专为要求高性能、低成本的嵌入式应用，为此特地设计的ARM Cortex-M3 微处理器核。小车的控制系统以STM32为主要控制芯片，运用红外线终端对管收集道路数据，充分发挥STM32串口资源和高速的性能运转、出色的处理信息能力来实现巡线功能。

2.循迹模块的选型

本模块使用运用脉冲调制原理制作的接收器，可以很大程度的减少外部因素的影响。而外红外发射接收管的工作电流是由平均电流决定的，如果想要得到占空比小的调制信号，就会平均电流不变的情况下产生很大的瞬时电流（50～100mA），这就大幅度的增加了信噪比。

3.避障模块的选型

选用避障模块时主要有两种选择：一是超声波模块，二是红外避障模块。因为使用的超声波避障模块体积比较小，它的接收部分比较小，如果超声波的反射声波不是平行返回的话，接收到的信号就很弱，导致测距不准确;而红外避障模块对光线的要求又比较高，因此，选择两者一起使用。红外避障模块可以弥补超声波避障模块的死区部分，使智能小车更加灵敏。

（二）硬件电路设计

1.电源模块电路

该系统使用2种供电形式。由于STM32所需3.3V恒压提供电力，而目前的充电电池随着用电时间会有所变化会影响芯片的工作，因此本设计采用7.4V充电电池和低压差稳压芯片TPS7350和TPS7333，以达到3.3V恒压的目的; 整个供电系统是通过一节7.4V充电电池供电，STM32芯片须要3.3V电压，循迹的基本功能须要5V电源供电，电机装置可以用电池直接进行供电，因此应用电压降比较小的TPS7350和TPS7333稳定在5V和3.3V。

2.电机驱动模块电路

电机驱动组件是由可以负荷大电流的MOS管和动力集成电路IR2104组成的，微处理器输出PWM波传给驱动集成电路，驱动集成电路经过管控来调整电机的正反转以及停止。

二、智能救援机器人的软件设计

该救援机器人软件操纵的一大部分使用JAVA语言编写，JAVA语言能更好的实现智能机器人的各种操作，从而达到简便且精准控制的目的。

（一）循迹功能的程序设计

循迹主要通过智能救援机器人前面的两个循迹模块采集地面的颜色信息，并把讯息发送给开发板进行数据分析及处理，从而让救援机器人的动作能够被控制，使用两个传感器一起工作，是为了能让救援机器人实现准确循迹。

（二）避障功能的程序设计

避障子程序的任务是判断智能救援机器人行驶的路线上是否有障碍物，根据对周围环境的识别来给智能救援机器人下达正确的运行指令，最终避障。避障传感器由左、右两个红外传感器和一个加有舵機的超声波避障模块组成，三个传感器一同工作，对地面障碍的勘测更加精准。

三、结束语

针对自然灾害对国民经济和安全造成的影响，为大幅提高救援效率以及减少损失，本文描述了对于智能救援机器人的设计和实现。智能救援机器人可以进行避障，自动寻找路线，越过障碍物，并且通过多种传感器将信息传送救援人员进行分析处理，在行进过程中能够识别地面的路况以及通过机械臂举起和放下物件，为救援工作提供便利。救援机器人的研究和发展必将对保护国民经济和安全有着重大的意义。