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【S117】救援机器人

图文展示3264(1)

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副标题

作品说明

作者：李学辉 董学峰 张正刚 刘伟

单位：宁夏大学 物理与电子电气工程学院

指导老师：康彩

1. 设计背景及意义

1.1 设计背景

      地震是人类第一个强大的敌人，对人类的危害很大，会给人带来财产及生命的影响。造成家庭的破坏。据调查2008年四川省在汶川特大地震中遇难55239人，受伤281066人，失踪24949人。四川省21个市有19个市不同程度受灾。还有最近中国云南发生的地震造成伤亡。在2011年据日本《产经新闻》的报道，日本警察挺统计结果显示，截止3月30日上午遇难人数共计27593人。假如有先进的机器人的话，可以通过这些机器人在那些人为进不了的过道里前进，探测废墟里面的情况，检测含氧量等装置。如果现在有先进机器人的话可以减少伤亡人数。

      在有一些天灾的时候，人们会为一些遥不可及的障碍而感到烦恼，再加上某些场景具有一定的危险性，为了避免人员的伤亡，需要某些场景具有一定的危险性，为了避免人员的伤亡，需要某些特殊的机器去帮助我们解决这些困难，所以我们设计了一个能为我们解决这些方面上有困难的救援机器人。有了这些机器人的参与，在救援方面就会起到事半功倍的效果，所需的人力也会减少很多，从而使得从事救援工作这样危险工作的人，更会有效的起到保护人民安全的作用。

1.2 应用场合

      地震灾区、火灾地区、狭小空间的抢救或解除危险等，也可以为我们解决一些人力方面问题的场合等。

2. 作品简介

      该救援机器人是基于地震救灾背景而设计研发的，是一种能够起搜寻被困人员、探索救援道路适应于多地形的先进设备。该作品具有灵活、操作简便、适用性强、拓展功能多的特点，非常适用于救灾抢险工作。很强的多地形适应能力以及它的操作简便、远程实时监控搜寻是本作品的又一大特点，也是具备强势竞争力的一大优势。同时该作品采用了智能化的摄像头、人体红外势传感器、超声波模块、报警器等模块，使机器人监测识别环境的性能进一步增强，从而能够出色完成各项任务。

作品说明

救援机器人

3. 工作原理

      ① 圆周舵机扭力大、转速稳定且快慢适中的特点作为主要动力实现整车的全方位移动，以及转向。

      ② 在复杂路况下，通过超声波探测与周围障碍物的距离，将检测值反馈给其他部分做出相应的反应。

      ③ 通过红外热释电传感器检测周围环境是否有受困人员，将监测信息返回给蜂鸣器以及其他机构以做出相应判断。

      ④ 当超声波传回的距离小于某个临界值时蜂鸣器报警；当检测到有受困人员时蜂鸣器警，同时小车停止前进。


4. 主要创新点

      ① 救援机器人采用热释电红外传感器与高清摄像头相结合的搜索模式，相对于单一的搜索模式，这种方法使机器人使操作人员更加快速的熟悉救援环境让救援效率更精确和高效。

      ② 通过加装于机器人上的超声波传感器会与摄像头相配合保证机器人即使有盲区也可以轻松避开障碍，当然机器人的扩展履带爬坡设计也可以让机器人行驶与各种有障碍的道路。

      ③ 在救援机器人上加装了高分贝报警器，当机器人遇到受困人员可根据实际情况发出警报，既能对操作人员进行提醒，同时具有唤醒受困人员的意识的做用，方便救援行动的展开。

5. 实现的可能性

      履带式运动系统在碎石堆上可以快速前进，遇到小的坡度和凹凸地时也可以轻松翻越，在遇到不能通过的障碍时还可以在很狭小的范围内完成转弯等动作且具有较快的速度和较大的转距。目前，救援机器人广泛采用这种运动形式。整个救援机器人使用车型结构，将重心降低并集中于中心位置，以增加车身的稳定性。视觉系统方面采用可360°旋转云台摄像机全方位拍摄，可以帮助搜救人员方便地观察事故发生处的形势与具体情况。搜查方面，利用热释电红外传感器能将受困人员的生命体征检测到并进行数据收集并分析，从而发现并得出受困人员数量，状态等信息，结合超声波传感器反馈的数据对受困地点进行更为精准的定位知道其位置。另外，图象传输依靠无线局域网，高位带宽可将画面清晰地传输到控制端，以至于在第一时间发现受困者的画面信号。

6. 应用前景

      在机器人产业整体加速发展的大势下，救援机器人的优势与前景也正吸引着市场的高度关注。并且，在政府层面，不仅是我国、全球主要国家都在大力发展救援机器人，以更好地应对灾害。未来，救援机器人有望发展成为机器人产业中的又一个庞大的新兴细分领域。随着洪水、地震、台风、泥石流等严重自然灾害，以及火灾、坍塌、矿难等潜在危情等的发生，使灾难情势日益复杂、救援需求日益提升，科技与救援的加速融合显得尤为必要。由于灾害区域或是灾难现场往往情况复杂且十分危险，不仅救援人员自身安全无法保障，而且也难以实施很多特殊救援工作，一些狭小空间，甚至连救援犬也无法进入。这时候救援机器人的重要性就非常突出了。

      早在“十一五”期间，我国政府就已经将“废墟搜索与辅助救援机器人”项目列入国家863重点项目，由中科院沈阳自动化所与中国地震应急搜救中心联合承担研制，并成功研制出“废墟可变形搜救机器人”等三款产品；日前，科技部又发布了《“十三五”公共安全科技创新专项规划》，其中就强调了将强化公共安全技术装备的应用，推动应急救援机器人等一批自主研发的重大技术装备投入使用。在气候变化问题日益突出、地球地质活动趋于活跃的情况下，可以预见自然灾害的威胁仍然时刻存在。而随着全球经济持续发展，人类社会继续进步，生产、生活所面临的意外灾难也不可避免。从未雨绸缪的角度出发，大力发展救援机器人，全面提升救援能力与技术水平，不断加强救援体系建设与国际救援经验交流、互助，都是应该予以重视的必选题。灾难无情人有情。随着现代科技的不断进步，救援机器人等专业性产品将起到越来越重要的作用，为挽救人民生命与财产损失提供关键帮助。

7. 缺陷分析

      ① 控制信号易受干扰，可靠性不高。

      ② 履带式运动系统有重量大、摩擦阻力大等缺点。

      ③ 车身底盘过低，限制了机器人所适应的救援环境情况。

8. 示例程序

void setup()

{
   Serial.begin(9600);
   pinMode(servopin1,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口
   pinMode(servopin2,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口
   //Serial.begin(38400);
   pinMode(servopin1,OUTPUT);
   pinMode(servopin2,INPUT);
   pinMode(hongwaiPin,INPUT);
  pinMode(TrigPina,OUTPUT);
   pinMode(EchoPinb,INPUT);//定义引脚模式（接收）
pinMode(buzzerPin,OUTPUT);//蜂鸣器引脚模式
digitalWrite(buzzerPin,LOW);//初始化
digitalWrite(hongwaiPin,LOW);
   myservo3.attach(3);
   myservo4.attach(4);
   myservo3.write(90);
   myservo4.write(90);
   delay(15);
}
char i;
void loop()
{  
  /*italWrite(hongwaiPin,LOW);
   int m=0;
   m=analogRead(hongwaiPin);
      Serial.println(m);
digitalWrite(TrigPina, LOW);
   delayMicroseconds(2);
   digitalWrite(TrigPina, HIGH);
   delayMicroseconds(10);
   digitalWrite(TrigPina, LOW);
   float distance = pulseIn(EchoPinb, HIGH) / 5.80;
int n=distance;
Serial.println("distance==");
Serial.println(n);
  if(m<150)
   {
    Serial.println(m);
   if(Serial.available()>0)
{
   i = Serial.read();
   switch (i)
   {
    case 'b':                               // 　d   qianjin
      {       
        myservo3.write(180);
        myservo4.write(0);
        delay(250);
     Serial.println("M");
/*        myservo3.write(90);
        myservo4.write(90);
        delay(250);
        Serial.println("back");
        myservo3.write(180);
        myservo4.write(0);
        delay(250);
  
        Serial.println("zhang   ganga ");*/
        break;
      }

    case'f':                   //houtui
      {         
        myservo3.write(0);
        myservo4.write(180);
        delay(250);
/*        myservo3.write(90);
        myservo4.write(90);
        delay(250);
        Serial.println("forward");
        myservo3.write(0);
        myservo4.write(180);
        delay(250);*/
        break;
      }
    case's':                      //stop
      {       
        myservo3.write(90);
        myservo4.write(90);
        delay(250);
/*        myservo3.write(90);
        myservo4.write(90);
        delay(250);
        Serial.println("stop");
        myservo3.write(90);
        myservo4.write(90);
        delay(250);*/
        break;
      }
   case'l':
   {        myservo3.write(180);
        myservo4.write(180);
        delay(250);
 /*       myservo3.write(90);
        myservo4.write(90);
        delay(250);
        Serial.println("left");
        myservo3.write(180);
        myservo4.write(180);
        delay(250);*/
        break;
      }
      case'r':
      {myservo3.write(0);
        myservo4.write(0);
        delay(250);
/*      myservo3.write(90);
        myservo4.write(90);
        delay(250);
        Serial.println("right");
        myservo3.write(0);
        myservo4.write(0);
        delay(250);*/
        break;
      }
   }
}
   }else
   {
    digitalWrite(buzzerPin,HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(buzzerPin,LOW);
 //蜂鸣器响
   }
   }


参考文献

[1]刘金国.王越超.李斌.马书根 灾难救援机器人研究现状、关键性能及展望《机械工程学报》2006.（12）

[2]王忠民.WANGZhongmin灾难搜救机器人研究现状与发展趋势[期刊论文]-现代电子技术2007.30（17）

[3]姚宗伟;韩进城;任云鹏;;四履带车辆稳态滑移转向特性研究[J];建筑机械;2011年01期

[4]胡磊 ；昆明少科科技有限公司 ；机器人行走底盘在多地形复杂情况下稳定性的研究

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