简易灭火机器人设计

机械毕业设计1116灭火机器人结构与控制

摘要 面对诸多恶劣的工作环境(如灭火、救援等)，为了有效的避免人员伤亡，就需要采用智能小车去现场来完成相应的任务。因此研究和开发智能小车引导控制系统具有十分重要的意义。本系统采用68HC11单片机作为核心控制芯片，设计制作了一款通过红外光电传感器检测路径信息、红外火焰传感器检测火源的智能寻迹灭火小车。本系统由单片机控制模块、寻迹传感器模块、驱动电机模块、火源传感器模块、风扇模块、电源模块等组成。实际应用表明，该小车可以在专门设计的场地上实现自主发现火源，自主识别路线，自主行进接近火源并灭火，最终完成灭火的任务。 关键词：单片机，小车，引导控制，传感器

Abstract Content: Confronted with so many bad working environment (such as fire fighting, rescue etc), in order to effectively avoid casualties, need to use intelligent go by car scene to complete relevant tasks. Therefore, the research and development of intelligent car guide control system has the extremely vital significance. This system uses 68HC11 as the core control chip, design and make a new electric sensor detection by infrared sensor information, infrared flame path of intelligent tracing test fire extinguishing car. The system is composed of single-chip microcomputer control module, tracing sensor module, drive motor module, ignition sensor module, fan module, power supply module. The practical application indicates that the car can be in a specially designed field on fire, to realize the independent found autonomous recognition route, independent sources and marching close to the fire extinguishing, finally complete task. Keywords: Microcontroller , Car ,Control system, Sensors

灭火机器人设计

灭火机器人设计

毕业设计论文题目灭火机器人 专业名称机电一体化 学生姓名赵志祥 指导教师朱文琦 毕业时间 1

目录 第1章绪论 (2) 1.1 机器人产生的背景 (2) 1.2 灭火机器人设计的目的和意义 (3) 第2章系统设计方案研究 (4) 2.1 整体方案设计 (4) 2.2 硬件实现方案. (5) 2.3 软件总体设计方案......................................................................... (9) 第3章硬件单元电路设计 (10) 3.1 电源电路 (10) 3.2 微控制器模块的设计 (11) 3.3 电机驱动电路的设计 (15) 3.4 寻线电路的设计 (19) 3.5 火焰检测电路的设计 (24) 1

3.6 声音报警与灭火 (25) 第4章软件实现 (27) 4.1 软件开发平台介绍 (27) 4.2 主程序流程图 (28) 4.3 寻线程序流程图 (29) 4.4 灭火程序流程图 (29) 第5章统功能调试 (30) 结论 (33) 致谢 (34) 参考文献 (35) 1

附录 (36) 1

摘要 本设计主要灭火机器人的制作与研究，小车以单片机为控制核心，加以电源电路，机电驱动，光电传感电路，灭火风扇以及其它电路构成。电源电路提供系统所需的工作电源,专用电机驱动芯片驱动电机控制小车的前后移动和左右转向光电对管完成循迹和避障，光敏电阻传感器检测火焰，灭火风扇进行灭火。本设计制作的小车具有灭火功能，达到了实验现场灭火的目的，较好的完成了课题目标 关键词：传感器灭火机器人直流电机风扇 1

智能灭火机器人的设计与实现

第１８卷第３期电子设计工程２０１０年３月Ｖ０１．１８Ｎｏ．３ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｒ．２０１０ 智能灭火机器人的设计与实现 李小燕，陈帝伊，马孝义 （西北农林科技大学水利与建筑工程学院电气系，陕西杨凌７１２１００） 摘要：根据国际灭火机器人的比赛规则，给出灭火机器人的软硬件设计。该系统硬件设计是以嵌入式ＡＲＭ９６６Ｅ．Ｓ为核心，科学布置６个红外测距传感器，实现远红外火焰传感器组．能够快速精确检测环境。并采用双电源供电，直流电机驱动。而系统软件设计采用优化的避障、灭火算法。实验证明．该设计大大提高系统的实时性、快速性和可靠性。机器人搜寻４个房间并完成灭火用时８Ｓ左右．达到国际先进水平。 关键词：机器人；嵌入式系统；传感器；灭火机器人 中图分类号：ＴＰ３１ｌ文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－６２３６（２０１０）０３—００５ｌ—０４ Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆｉｒｅ－ｎｇｈｔｉｎｇｒｏｂｏｔ ＬＩＸｉａｏ－ｙａｎ。ＣＨＥＮＤｉ－ｙｉ，ＭＡＸｉａｏ－ｙｉ （ＥｌｅｃｔｒｉｃＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＷｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｓｔｉｎｇ７１２１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｕｌｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｆｉｒｅ—ｆｉｇｈｔｉｎｇｒｏｂｏｔｒａｃｅ．ｔｈｅｈａ”ｄｗ呲ａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｆｉｒｅ－ｆｉｇｈｔ－ ｉｎｇｒｏｂｏｔａ地ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．’ｎｌｅｈｌＬｒｄｗａｌ陀ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｂａｓｅｄｏｎｅｍｂｅｄｄｅｄＡＲＭ９６６Ｅ－Ｓ．Ｓｉｘｉｎｆｒａｒｅｄｄｉｓｔａｎｃｅｓｅｎ￥ｏｌ暗ａ弛ｄｉｓ—ｔｒｉｂｕｔｅｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙａｎｄｔｈｅｓｅｃｔｉＯＨｏｆｆａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄｆｌａｍｅｓｅｎｓｏｌｔ篙ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｃｒｅａｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｅ－ｔｅｅｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｄｕａｌｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄＤＣｍｏｔｏｒｉｓｔａｋｅｎｆｉｔｓｄｒｉｖｅｒ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｏｂｓｔａｃｌｅ－ａｖｏｉｄａｎｃｅａｎｄｆｉｒｅ?ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎ ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｒａｐｉｄｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｈｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｌａｒｇｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｒｏｂｏｔｔａｋｅｓｅｉｇｈｔｓｅｃｏｎｄｓｔｏｓｅａｒｃｈｆｏｒｆｏｕｒｒｏｏｎｌｆｌａｎｄｆｉｎｉｓｈｅｓｆｉｒｅ．ｆｉｇｈｔｉｎｇ．ｗｈｉｃｈｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌａｄｖａｎｃｅｄｌｅｖｅｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｂｏｔ；ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ；ｓｅｎｓｏｒ；ｆｉｒｅ－ｆｉｇｈｔｉｎｇｒｏｂｏｔ 近年来。随着科技的迅速发展．智能机器人的研究在实 际应用中具有很大发展空间。机器人技术涉及人工智能、计 算机视觉、自动控制、精密仪器、传感和信息技术等领域，是 一门综合性很强的学科。代表一个国家的高科技发展水平【－１。 智能机器人是各国科学研究的重要方向删。机器人灭火比赛 是近几年国内外广泛开展的一项机器人竞赛。本文针对基于 嵌入式ＡＲＭ９内核的智能灭火机器人系统进行优化设计。 １系统硬件设计 机器人灭火比赛的目的是在图ｌ（尺寸单位：ｒａｍ）所示的 平面结构房子模型里。将蜡烛代替的火源随机地放于其中一 间．要求机器人快速无碰撞找到火源并将其熄灭。 为满足比赛的功能要求，本设计的灭火机器人硬件结构 由控制器、传感器模块、电源模块、驱动模块、灭火装置以及 声音模块等组成．其总体结构如图２所示。 １．１嵌入式系统 由于该系统设计所用传感器较多，传感器系统在整个灭火过程中不断采集环境信息，故要求控制器的核心必须对实收稿日期：２００９＿０７—２４稿件编号：２００９０ｒ７０８３ 基金项目：国家“８６３”计划（２００６ＡＡｌ００２０９） 图１比赛场地平面图 时任务具有很强的支持能力。因此。选用以嵌入式ＣＰＵＡＲＭ９６６Ｅ—Ｓ为核心的ＳＴＲ９１ｌＦＡＭ４４控制器．该器件具有３２位高端ＡＲＭ９处理器。实时处理信息的能力强，处理速度为１．１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ，达到２倍以上ＡＲＭ７处理器的处理能力嘲。为 作者简介：李小燕（１９８５一），女，四川成都人。研究方向：智能机器人。 一５ｌ一

基于STM32的智能灭火机器人设计方案

143 电子技术 1　系统整体方案设计 智能灭火机器人在声音或人工启动后 ，左右两侧的电机被驱动旋转，小车在前进的过程中，通过两侧夹角固定红外传感器，来调整两轮的转速，是车体达到前行方向，前行过程中实时监测是否有火源存在，若火焰传感器检测到有火源时，向火源靠拢，当与货源达到一定距离时，温度传感器接收到信号，在单片机处理下使风扇转动，直至火源被灭才停止旋转，然后继续寻找下一火源。系统总体设计框图如图1。 基于 STM32 的智能灭火机器人设计方案 杨　斌,刘思美 （山东科技大学 电气与自动化工程学院 自动化系,山东 青岛 266590） 摘　要: 本系统以stm32微控制器为核心控制单元，以安装在车体两侧红外传感器来循迹，通过声音传感器启动，使用火焰传感器来检测火焰，以温度传感器检测与火源的距离，并用风扇来灭火。车身主要以相隔30度的五个红外传感器来调整车身的角度，实现了对运动方向的控制，进而躲避障碍物，实现了在规定区域能自主搜索火源并实施灭火的功效。关键词：stm32；传感器；灭火机器人DOI:10.16640/https://www.wendangku.net/doc/de10667619.html,ki.37-1222/t.2016.10.127 图1　系统总体设计框图 2　系统硬件设计 2.1　结构设计 在综合考虑工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、齿轮箱与轮子的摩擦、电压变化等多个因素影响后，为了方便小车在前进过程中，能够直线前进，且没有左右较大的晃动，而且能够平稳转弯，我们采用圆形车体，两电机驱动，前后各安装一个万向轮。 车体主要由电路板，车底盘，风扇架，车轮等构成，为了更加节省车体空间，我们在设计电路板时，将稳压芯片，电机驱动，stm32芯片都焊接在一块板子上，使整个车体看起来更整洁更美观。在车体前方安装5个红外传感器，并且距中心红外各岔开30度，将两个传感器放在车盘后面，距中心岔开60度。这样能够使探测的范围更大，有利于对墙壁的探测。红外的距离大概8cm，经过检测，这样车体能够最快修正，更加平稳。电池放于车底盘下面，将车的重心降低，更有利于车体稳定。将风扇提高能够略高于火源，而温度传感器与火焰传感器一般与火源同等高度，风扇要有大概10度的向下倾角，这样就能保证最大范围的灭火。2.2　电源管理模块设计 电源管理模块包括稳压模块与驱动模块。由于单片机及所有的传感器系统供电采用的是5V 的电源，而车体要良好的运行电机的供电电压应该达到12V，所以在电源的处理上采用了稳压芯片，LM2596来稳5V，以供传感器使用，电机驱动模块使用直流12V，使用一款MC34063 升压芯片。由于传感器数量较多，尤其红外传感器所消耗的电流较大，这便是我们使用LM2596的原因。 电机驱动芯片我们采用的是 LR7843 ，电机驱动电路为一个由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器，其功率元件由4片 N 沟道功率 MOS 管组成，额定工作电流可以轻易达到 100A 以上，大 大提高了电动机的工作转矩和转速。该驱动器主要由以下部分组成：功率 MOS 管栅极驱动电路、 IR2104驱动芯片、74HC08D 与门芯片等。2.3　传感器模块设计 红外传感器采用E18-D80NK，传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。红外发射管发射出经过调制过的38KHZ 的红外光，当前方没有障碍物时，接收器收不到红外光，相反当前方有障碍物时，接受器可以收到红外光。根据此原理，机器人可以感知前方的路况从而决定是否前行。声音传感器是固定频率声控的，内部含有鉴频器，可以对固定频率音频信号识别；放大器对麦克风的声音进行100倍放大，并从接口插针输出，可以精密多圈电位器调节频率。这样我们就可以更加准确的控制小车，不至于在杂音下启动。温度传感器采用的是DS18B20 测温模块，其板载DS18B20芯片，同时留有3P 圆孔座，方便插拔DS18B20芯片，芯片引脚已经全部引出，内置上拉电阻，方便使用，价格便宜，能够精确检测与火源距离，使小车实现完全自动化。火焰传感器与风扇模块选材，满足需求即可，但其位置有较为严格要求，火焰传感器最好使用5路，分布原理与红外传感器分布原理相似，方便在检测火源后校正角度。风扇最好选用大功率空心杯等，能够保证足够的风力灭火，使用继电器控制其开关。 3　软件设计 程序的开发是在Keil 开发环境下进行的，包括源程序的编写、编译和链接，并最终生成可执行文件。软件设计部分包括系统初始化、 数据采集与处理、 电机控制、灭火等部分。 在小车接收到信号启动后，实时监测是否有火源存在，在红外传感器没有检测到物体时，小车则向两边斜向靠拢，以便贴近障碍物行驶。若检测到火源，根据火焰传感器来判别火源的方向，并逐渐向火源靠拢，靠近过程中及时修正车体方向，在距火源达到一定距离后，温度传感器接收到信号，通过单片机控制继电开通，促使风扇转动，直至检测不到火源时风扇停止。为防止火复燃，需小车在原地静定几秒钟，确定无火源时再离开，继续寻找下一火源。 4　结论 顺应于现代灭火技术的理念，基于stm32核心处理器，合理搭建小车机械结构，使用红外传感器避障，声音传感器启动，火焰传感器检测火源，温度传感器控制与火源距离，用风扇灭火，我们设计出一种运行稳定，价格低廉，可靠且可行的全自动智能灭火机器人。参考文献： [1] (美)麦库姆.小型智能机器人制作全攻略[M].（第4版）北京：人民邮电出版社,2013(06). [2]蔡自兴等编.机器人学基础[M].（第2版）北京：机械工业出版社，2015(03). [3]刘火良,杨森编.STM32库开发实战指南[M].北京:机械工业出版社,2013(06). 作者简介：杨斌（1993-），男，河南卢氏人，本科。

家庭灭火机器人报告

家庭灭火机器人报告

名称：家庭灭火机器人设计报告学院：电子与信息工程学院 指导老师：李东 班级：电气二班 姓名：曾凡 时间：2013.6.23

目录 第一章绪论 (1) 1.1课题背景 (1) 1.2实现功能 (1) 第二章系统整体方案设计 (2) 2.1系统硬件设计 (2) 2.2系统软件设计 (2) 第三章硬件设计 (3) 3.1电源管理模块 (3) 3.1.1电源模块电路原理图 (3) 3.2电机驱动芯片L298N (4) 3.2.1.L298N电路原理图： (5) 3.3避障检测传感器HS0038 (5) 3.3.1 HS0038简介： (5) 3.3.3 检测原理： (5) 3.3.4 HS0038与单片机连接原理图： (6) 3.4地面灰度检测传感器ST188 (6) 3.4.2 检测原理： (6)

3.4.3 应用范围： (6) 3.4.5 ST188原理图： (7) 3.5火焰传感器 (7) 3.5.1火焰传感器使用 (7) 第四章软件设计 (8) 4.1灭火机器人行进路线分析 (8) 4.2软件流程图 (9) 第五章调试记录 (10) 5.1调试记录 (10) 第六章实验心得 (10) 参考文献 (12) 附录1: 程序清单 (13) 附录2: 灭火机器人实物图及灭火场地 (26)

第一章绪论 1.1课题背景 随着社会的进步，机器人技术的不断发展使得机器人的应用领域不断扩展，从以往多应用于工业领域而渐渐融入人们的生活。灭火机器人作为消防部队中的新兴力量，加入了抢险救灾的行列。灭火机器人是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了智能机器人系统的发展方向。 1.2 实现功能 制造一个自主控制的机器人在一间平面结构房子模型里运动，找到一根蜡烛并尽快将它熄灭，这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、齿轮箱与轮子的摩擦、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程，蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。 第二章系统整体方案设计 2.1 系统硬件设计 本次设计的目的是设计一个在规定区域能自主搜索火源并实施灭火的智能机器人小车，本次设计使用的主控芯片使用了STC89C52单片机，所以设计重点在传

消防机器人通用技术条件

前言 本部分的第4、5、6、9章为强制性，其余为推荐性。 GAX X《消防机器人》目前拟分为9个部分： 一一第1部分：消防机器人通用技术条件； 一一第2部分：消防灭火机器人： 一一第3部分：消防侦察机器人； 一一第4部分：消防排烟机器人； 一一第5部分：消防救援机器人； 一一第6部分：消防洗消机器人； 一一第7部分：消防照明机器人； 一一第8部分：防暴机器人； 一一第9部分：排爆机器人： 本部分为GAXX的第1部分。 根据国内目前消防机器人的生产、使用情况以及今后较长时期内我国消防机器人的发展规划，编制了本部分标准。本部分标准首次发布。 本部分由中华人民共和国公安部提出。 本部分由全国消防标准化技术委员会第四分技术委员会(SAC／TCll3／SC4)归口。 本部分负责起草单位：公安部上海消防研究所。 本部分主要起草人

消防机器人通用技术条件 General specification for fire robot GAXX.－XXXX 1 范围 本标准规定了消防机器人的术语、分类、型号编制、功能、性能要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存等。 本标准适用于在陆地上行走的各类消防机器人，不适用于在空中或水面、水下等执行消防作业的其它特种机器人。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文 件，其最新版本适用于本标准。 GB／T 156—2007 标准电压 GB／T 191—2008 包装储运图示标志 GB／T 699—1999 优质碳素结构钢 GB／T 1173—1995 铸造铝合金 GB／T 1176—1987 铸造铜合金技术条件 GB／T 1348—1988 球墨铸铁件 GB／T 3766—2001 液压系统通用技术条件 GB 3836.1—2000 爆炸性气体环境用电器设备第一部分：通用要求 GB 4208—2007 外壳防护等级(1P代码) GB／T 4237—2007 不锈钢热轧钢板和钢带 GB 5083—1999 生产设备安全卫生设计总则 GB／T 7251.8—2005 低压成套开关设备和控制设备智能型成套设备通用技术要求 GB 7258—2004 机动车运行安全技术条件 GB／T 7932—2003 气动系统通用技术条件 GB／T 9439—1998 灰铸铁件 GB 12325—2003 电能质量供电电压允许偏差 GB 14097—1999 中小功率柴油机噪声限值 GB 15540—2006 陆地移动通信设备电磁兼容技术要求和测量方法 GB 17478—2004 低压直流电源设备的性能特性 GB 18296—2001 汽车燃油箱安全性能要求和试验方法 GB 20891—2007 非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国I、II阶段) GB 50171—1992 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB 50257—1996 电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范 GB／T 13384—1992 机电产品包装通用技术条件 JB／T 9773.2—1999 柴油机起动性能试验方法 3 术语 下列术语适用于本标准： 3.1消防机器人fire robot

灭火机器人课程设计报告

智能机器人课程设计 设计题目：灭火智能机器人的设计和实现

目录 第1章机器人系统总体方案设计 (3) 1.1 设计目标 (3) 1.2 机器人功能设计及指标要求 (3) 1.3 机器人系统总体结构设计 (4) 第2章机器人系统硬件详细方案设计 (5) 2.1 传感器选型 (5) 2.1.1 超声波测距传感器 (5) 2.1.2 红外避障传感器 (5) 2.1.3 火焰传感器 (5) 2.2 机器人系统硬件连接图 (6) 2.2.1 STM32单片机最小系统 (6) 2.2.2 电源模块 (7) 2.2.3 红外避障传感器 (7) 2.2.4 超声波测距传感器 (8) 2.2.5 火焰传感器 (8) 2.2.6 电机驱动模块 (8) 第3章机器人系统软件详细方案设计 (9) 3.1 主函数 (9) 3.2 超声波测距程序 (10) 3.3 红外避障引脚设置程序 (12) 3.4 电机驱动程序 (12) 3.5 火焰检测程序 (12) 第4章机器人系统开发调试步骤 (13) 4.1 传感器选型和引脚分配 (13) 4.2 传感器独立测试 (13) 4.2.1 超声波测距传感器测试 (13) 4.2.2 红外避障传感器测试 (13) 4.2.3 火焰传感器测试 (13) 4.3 电机独立测试 (14) 4.4 综合测试 (14) 第5章实验中遇到的故障及解决方法 (15) 第6章收获与体会 (16)

第1章机器人系统总体方案设计 1.1 设计目标 本次课程设计的目标是：在一辆两驱智能小车的基础上，搭载各种传感器，设计出一款具有自动避障和搜寻火点功能的智能机器人，可以完成简易的灭火功能。设定的实验环境为带有隔板障碍的4*4方格迷宫，如图1-1所示。起火点随机放置在其中一个方格中。机器人需要从起点开始搜寻火点，躲避障碍，最终靠近火点一定距离时，小车停止运动，进行接下来的灭火操作。 图1-1 机器人灭火场地布局图 本课设旨在通过一类典型智能机器人的设计、调试，掌握各环节和整个智能机器人系统的调试步骤与方法，加强基本技能训练，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。 1.2 机器人功能设计及指标要求 该智能机器人系统的主要功能包括：可以检测周围环境并发现障碍；可以灵活前后行进、停止和转向；可以根据障碍位置做出避障决策；可以准确搜寻到火焰位置并在火焰面前停止并进行灭火等。由于实验环境设定为方格迷宫，所以机器人的路径规划可以转化为迷宫的遍历问题，而且转向角度简化为90°和180°的组合问题。 整个搜寻过程中，小车尽量不碰撞到障碍物和墙壁，且从出发到找到火点的时间应在3分钟内。在成功灭火后可以继续进行其他火源的搜寻，即可以连续完成多点灭火。

(完整版)六自由度机器人结构设计

六自由度机器人结构设计、 运动学分析及仿真 学科：机电一体化 姓名：袁杰 指导老师：鹿毅 答辩日期： 2012.6 摘要 近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获 得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此 研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义 的。 典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在 生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合项 目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。 首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择

其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间的轴剖面。这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了 经验。 第1 章绪论 1.1 我国机器人研究现状 机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动 作业任务的机械装置。 机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及 人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。 我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要

消防机器人设计报告

消防机器人设计报告

基于ATmega2560单片机的智能避障灭火小车 一、设计方案： 1、控制系统： Arduino Mega2560是采用USB接口的核心电路板，具有54路数字输入输出，适合需要大量IO接口的设计。处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出），16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。Arduino Mega2560也能兼容为Arduino UNO设计的扩展板。 该核心电路板能提供大量IO接口，因此为以后的传感器和功能拓展提供了便捷，同时搭配传感器拓展板，在使用和调试便捷性上优于其它单片机。 Arduino2560原理电路： 2、传感器： 方案一：光电循迹传感器+火焰传感器+红外线测距传感器 光电开关在一般情况下，由三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。

它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光受光器是接收不到的，当有物体通过时挡住了光，并把光反射回来，受光器就接收到了光信号，输出一个开关信号。 当遇到黑色线格的时候，由于黑色吸收了大部分光线，因此光电开光就会输出电平变化，单片机接收到信号以后做出相应的动作。 火焰传感器的基本构成及原理: 火焰传感器由红外线接收管、电平比较电路、灵敏度调节电位器三部分组成。通过红外线接收管探测周围环境，当接收到较强的红外线的时候，由电平比较器反馈给单片机电平变化信号。可通过电位器调节火焰传感器的灵敏度。 红外测距传感器： 红外测距传感器由四部分构成，红外线二极管，红外线接收管，电平比较器，距离调节电位器。 通过红外线二极管发射出红外线，接收管收到物体反射的红外线，通过电平比较器后输出一个变化电平信号。通过电位器调节，可以控制接收管给电平比较器的信号，而达到控制探测距离的目的。但由于红外线测距模块对火焰比较敏感，因此用在消防机器人上面不是很合适。 方案二：光电循迹传感器+火焰传感器+超声波传感器 该方案使用了超声波测距模块，利用超声波发射和接收模组，通过一定频率的超声波并接收该频率的反射波，通过两者的时差进行计算，准确得出障碍距小车的距离，屏蔽了火焰对测距模块的影响，能有效应用于避障机构。 3、动力机构： 方案一、四线二相步进电机*2 该方案中，步进电机能够按照特定的步进角进行运转，设定好步数，电机则运行相应的角度以下图为例： 虽然步进电机能很准确的对小车进行控制，但是由于其功耗和控制电路的因素，该方案未采用。 方案二、直流减速电机*2 使用L298N驱动两个直流电机，L298N驱动电路如下图：

基于单片机的灭火机器人设计

基于单片机的灭火机器人设计 摘要 该文设计是一款基于单片机的灭火机器人模型的设计。该设计以STC89C52单片机为控制核心的系统，通过自制火焰传感器用于火焰探测，红外光电传感器用于探测障碍物，L298驱动电机前后转动实现机器人平面运动。 该系统火焰探测采用自制的六路火焰传感器，其中是由五路远红外接收二极管和一路近红外接收二极管构成，它与目前其他火焰探测器相比，具有火焰探测精确度相对高、结构较为简单，性能可靠等优点。避障则用E18-D50NK型号的光电传感器，该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。此设计以数字集成电路技术为基础并以单片机技术为核心，依据传感器的信号传入单片机实现各种指令处理。 实验结果表明，该设计具有成本低、可靠性高、灭火速度快、安装调试方便等特征，具有较好的应用前景。 关键词：STC89C52单片机光敏晶体管红外光电开关 L298N E18-D50NK

Fire fighting robot hardware design based on single chip microcomputer Abstract In this paper, the design model for the design of a microcontroller-based fire-fighting robot. System to STC89C52RC microcontroller for control core, innovation homemade flame sensor is used to measure the source of fire, use infrared receiverdiode to detect the roadblock. The system use six innovation homemade flame sensors which consist of five remote Infrared receiverdiodes and one close Infrared receiverdiode to measure the source of fire,which compare other measurements with high precision, simple structure, reliable performance characteristics. Obstacle avoidance uses the E18 - D50NK models of photoelectric sensor, the sensor has a long detection distance, small interference by visible light, the price is cheap, easy to assemble and convenient use, etc. This design is based on digital integrated circuit technology and single-chip microcomputer technology as the core, according to the sensor signal to microcontroller processing all kinds of instructions. The experimental results show that the design of low cost, high reliability, fire fast, easy installation features, very suitable for large fire risk coefficient, has a good application prospect. Keywords:STC89C52 microcontroller; photosensitive transistor; infrared photoelectric switch; L298N;E18-D50NK

机器人机械手的设计要求要点

机械手的设计要求 机械手总体结构的类型 工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。 1.直角坐标机器人结构 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的.由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。 直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。 2.圆柱坐标机器人结构 圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。 3. 球坐标机器人结构 球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。 4. 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这

种类型的机器人。 手臂的设计要求 机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则； 1.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。 2.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。 3.为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小（其比重相当于钢的1/4，相当于铝合金的2/3），但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。 4.机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。 5.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。 6.机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。 腰座结构的设计要求

消防灭火机器人在火场上的应用

消防灭火机器人在火场上的应用 发表时间：2019-09-09T16:20:39.407Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：郝少辉 [导读] 摘要：随着社会经济的发展，在一些特殊的行业和企业中，会发生化学危险的爆炸事故，也会增加燃烧、火灾的安全隐患，导致灾害事故发生率提高，这也会增加救援的难度，增加人员的伤亡。 长庆油田第一采气厂消防大队陕西榆林 718500 摘要：随着社会经济的发展，在一些特殊的行业和企业中，会发生化学危险的爆炸事故，也会增加燃烧、火灾的安全隐患，导致灾害事故发生率提高，这也会增加救援的难度，增加人员的伤亡。由此而言，消防灭火机器人便由此而生。消防灭火机器人是在操作人员无线控制下进入火灾现场的，并且指挥人员通过机器人身上安装的摄像头中的火灾现场的画面，具体了解分析火灾现场的情况制定出切实可行的救火方案，并且消防机器人根据热传感器找到火源进行有效控制火势或灭火。 关键字：灭火机器人、科技、火场应用 什么是消防灭火机器人 上世纪六十年代机器人产生，此后经历了长时间的发展，应用广泛，出现在各个行业之中。渐渐消防机器人出现在人们视野，应用于灭火救灾工作中。在科研家经过三年的辛苦钻研，我国第一台消防灭火机器人诞生。机器人中的特种兵——消防机器人，在火场的抢险救灾中起着越来越大的作用。它可以自主的行走、跨越障碍、远程灭火等，也可以在火场外围环境进行勘察，在火场内进行救援。随着社会经济的发展，石油化工产业发展迅猛，隧道、铁路建人设增多，由此而发生的灾害也在增加。石油燃气的爆炸、毒气泄漏等灾害大多是突发的，难以预测，并且其过程比较复杂，不仅会造成大量的财产损失，还有造成人员伤亡。消防机器人的产生便有效地帮助消防队员进行现场的勘测，他们代替消防人员进入危险的灾害区域，进行数据的采集、处理等。这样可以减伤人员的伤亡，确保消防人员的人身安全。消防机器人在收集数据后进行反馈，由现场的指挥人员进行灾情的判断分析，制定出正确的解决方案。 消防灭火机器人的优劣势 随着消防灭火机器人的诞生，我国的消防事业得到了有效地发展。它具有很多优势，具体有以下几点。其一，消防灭火机器人作为机器人中的一类，它是无生命的，金属质地，不易损伤，所以在面临高温、浓烟的火灾情况时，它比人类更为有效，它没有人类的肉体，自然也没有此类的风险，在消防人员所不能到达之处发挥了重要的作用，从而减少人员的伤亡。如果消防机器人早被应用的话，那么在以前大火事件中损失将会减少很多。其二，现代科技的发展，智能化的进步，使得消防机器人更加的高科技化。它融合人工智能技术、自控技术、神经网络、电子机械工程等高端科技。消防机器人呢，更是机器人中的特种兵，它更为先进，更具有代表性。消防机器人可以根据灾情的真实情况进行针对性的分析，自主的判断出火灾的来源，进行数据的收集、分析、反馈，从而进行灭火的工作。其三，消防机器人它自身的消耗极小，重复实用性强，细心保养，它可以多次使用，充分发挥其性能，达到最高绩效。 在拥有诸多优点的同时，消防机器人也具有一些缺点。它的缺点主要表现在两方面，一方面，消防机器人的制作成本高，价格昂贵，不能得到广泛应用，限制了其应用的广泛性。它是智能化的先进科技成果，它的研制时间一般要很久，技术和资金的要求比较高，无法进行大规模生产，只能少数生产。因此，不能给消防部门大量的配备此类机器人，从而在一定程度上影响了其普遍性的应用。另一方面，消防机器人的维护保养的成本较高，并且其维护过程较为复杂。它在救援过程中有众多的功能与程序，所以在设计过程中要构造复杂的结构，针对其功能进行一一的设计与试验，因此对维护人员有一定要求，他们本身要拥有较高的文化素养和专业的知识技能。并且要求维护人员定期参加职业技能培训，使他们更加专业化。同时，因为在实际的使用过程中消防机器人会有损耗，维护的费用也比较高。 消防机器人的应用分析 在高层建筑火灾中的应用。我国经济突飞猛进，应时代要求，在我国的建筑中高层建筑群数量最多，加之土地资源的日益减少，高层建筑是我国乃至世界建筑建设的发展趋势。高层建筑的建设带来方便的同时，也增加了一些消防安全隐患。高层建筑如果发生了火灾，火灾的蔓延速度会很快，高层楼体的构造极容易扩大火灾，增加救援难度。这使得消防队员的救援难度增加，对消防工作有了更高的要求。首先，火灾发生时，着火点在高处，消防人员难以借助高楼内楼梯或电梯到往着火点。由于楼层过高，消防车举高受限无法快速的到达目的地，不能有效的进行灭火救援。消防员在登高时会受到多方面的限制，消防员的登高能力、人体的忍受力有限。高层建筑一般在人口密集、楼层密布的区域，高层建筑密度大，消防车无法直接进入。高层建筑中的空间比较狭小，有时的消防通道会被占用，从而加剧了救援难度。其次，发生火灾后会产生很多的浓烟，高层建筑中的浓烟不易消散，能见度很大程度的降低，导致消防官兵将面临浓烟的毒害，可能会造成伤亡，达不到有效地救援。再次，火灾发生在高处，会加大冷却用水，也会增加抑制火灾的用水量。通常在实际的火灾救援中，供水量难以满足抑制灾情所需要的用水量，因此错过救火的最佳时间。最后，当火灾的蔓延范围大、火势汹涌时，楼层外壁的玻璃幕墙、大型LED灯、或是空调外机都会受热燃烧从而掉落，很容易威胁消防人员的生命安全，也有可能对消防车造成损害。由此，消防灭火机器人在解决这个事情上发挥了很好的作用。研究人员在设计时便结合了高层建筑结构的特点，在消防机器人上安装了完善的灭火装置，也有相应的灭火系统。它们具有自动上楼下楼功能，在火灾现场进行数据采集、分析。以此来确保消防人员的安全，更好的保障人们的人身安全与财产安全。 在地下建筑中的应用。地下建筑环境大多都是封闭的，当火灾发生在地下环境时，大火会迅速蔓延，火场温度会大幅度增加，环境的封闭是浓烟无法扩散，浓度随之提升，这对于消防人员来说救援的难度增强了许多。如果进入了地下封闭环境，消防队员自身的安全不能得到保障。这样的情况下，消防机器人便可以解决这一问题，其可以进入地下建筑，进行数据采集、分析，反馈给现场指挥人员，从而采取更为有效地措施，减少因火灾引起的伤亡。对于地铁隧道中的突发火灾，我国制定了应急措施，在地铁内部的设计上也会有满足此类的要求。虽然如此，但是在实际情况发生时，灭火救人的难度依旧很大。消防灭火机器人在此方面具备优势，它具有攀爬功能，可将它作为地铁、隧道的消防设备。这样可以在第一时间进行灭火工作，减少人员伤亡，财产损失。 在石化场所中的应用。在石油、化学产品等易燃易爆场所而言，发生火灾的话，其后果是严重的，其危害之大，损失之多，影响之广是难以形容的。现在的消防人员一旦进入便会有人身危险。消防灭火机器人应用到此类场所中，有效地降低人员的伤亡，减少财产的损失，也可以及时的进入火场，及时的落实措施、实施救援，避免有次生灾害发生。 总结 就目前而言，消防灭火机器人应用于火场救灾中是大势所趋。在不久的将来，消防机器人将会被广泛应用于消防人员的救灾行动中，