CN202870536U - 一种基于远程控制的搜救机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于远程控制的搜救机器人：包括电机驱动电路、红外检测电路、烟雾检测电路、报警电路、电源稳压电路、串口通信电路、单片机电路、蓝牙传输电路，搜救机器人在搜索过程中通过热释电红外传感器和高清摄像头的配合，判别是否找到幸存者。通过蓝牙传输电路，电脑可以远程控制搜救机器人的运动方向，机器人通过无线网络将摄像头的视频信号传输到上位机，使搜救人员可以掌握搜救现场的情况。当搜救机器人遇到障碍物，可以根据传输信息，操作机器手清除障碍物，或者使机器人避开障碍物。一旦热释电红外传感器感测到幸存者，蜂鸣器开始报警。远程操作的人员可以适时使用车载机械手搬运覆盖在幸存者身上的物体，同时向被困者输送营养液，维持其生命。

Description

一种基于远程控制的搜救机器人

技术领域

本实用新型涉及一种基于远程控制的搜救机器人，属于机器人搜救领域。

背景技术

我国是世界上灾害，事故发出最多的国家之一，地震、火灾，塌方，以及各类人为事故，给人民生命财产安全造成极大的危害。过去的几年中，我国多灾并发，灾害强度大，影响范围广，人员伤亡多，城镇受灾重，民房倒塌和基础设施损毁严重。特别是汶川、青海玉树强震，甘肃舟曲特大山洪泥石流等数次重特大自然灾害，造成伤亡人数之多、给我国经济社会发展和人民生命财产安全带来严重影响。

地震、火灾、矿难等灾难发生后，在废墟中搜寻幸存者，给予必要的医疗救助，并尽快救出被困者是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。由于灾难现场情况复杂，救援人员受到有害物、烟雾、灰尘和一氧化碳等危险的情况下是很难进入现场开展救援工作的，救援人员通过远程控制搜救机器人，进入灾难现场，制搜救机器人通过无线网络将摄像头的视频信号传输到上位机，使搜救人员可以掌握搜救现场的情况，救援人员能根据传回的信息了解现场情况，做出及时准确的判断，为搜救工作带来极大的方便。

实用新型内容

为了解决救援人员在受到有害物、烟雾、灰尘和一氧化碳等危险的情况下进入现场开展救援工作，通过远程控制搜救机器人，进入灾难现场，制搜救机器人通过无线网络将摄像头的视频信号传输到上位机，使搜救人员可以掌握搜救现场的情况，通过热释电红外传感器和高清摄像头配合寻找幸存者，通过机器手清除障碍物，同时向被困者输送营养液。

本实用新型电机驱动电路由电阻R1、R2、二极管D1-D8、发光二极管LED1-LED4、驱动芯片L298N、电机M1、M2组成，其中，二极管D1、D2、D3、D4阴极相接并同接VCC，D1阳极与U1的OUT1相接，D2阳极与U1的OUT2相接，D3阳极与U1的OUT3相接，D4阳极与U1的OUT4相接，二极管D5-D8阳极相接并同接地，D5阴极与U1的OUT1相接，D6阴极与U1的OUT2相接，D7阴极与U1的OUT3相接，D8阴极与U1的OUT4相接，UI的N1引脚与单片机P00引脚相接，UI的IN2引脚与单片机P01引脚相接，UI的IN3引脚与单片机P02引脚相接，UI的IN4引脚与单片机P03引脚相接，LED1的阳极接电阻R1一端，阴极与U1的OUT1相接，电阻R1另一端与U1的OUT2相接，LED2的阳极接LED1的阴极，LED2的阴极接LED1的阳极，电机M1一端接LED1的阴极，另一端与U1的OUT1相接，LED3的阳极接电阻R2一端，阴极与U1的OUT3相接，电阻R2另一端与U1的OUT4相接，LED4的阳极接LED3的阴极，LED4的阴极接LED3的阳极，电机M2一端接LED3的阴极，另一端与U1的OUT4相接。U1的ENA、ENB、SENSA、SENSB、GND同接地。

本实用新型红外检测电路由电阻R3-R13、电容C1-C7、红外探测器Q1、红外传感信号处理器U2组成，其中，红外探测器Q1的1脚接电源，3脚接地，2脚接1IN+，电容C1一端接Q1的2脚，另一端接地，电阻R4一端接Q1的2脚，另一端接地，电阻R5一端接地，另一端接电阻R3一端，电阻R3另一端接电源，电阻R6一端接地，另一端接U2的IB端，电容C3一端接U2的1OUT端，另一端接电阻R7一端，电阻R7另一端接电阻R8一端，电阻R8另一端接U2的2OUT端，电容C2一端接U2的2OUT端，另一端接U2的2IN-端，电阻R9一端接U1的1IN-端，另一端接电容C4，电容C4的另一端接U1的1IN-端，电阻R10一端接U1的1IN-端，另一端接电容C5的一端，电容C5另一端接地，电阻R11一端接RR2端，另一端接电容C7的一端，电容C7另一端接地，电阻R12一端接U1的RR1端，另一端接电容C7的一端，电容C6另一端接地，电阻R13一端接U1的VO端，另一端接单片机的P10端，U1的VRF端接电源，U1的VSS端接地，U1的RC1端接电阻R12一端，U1的VDD端接电源。

本实用新型烟雾检测电路由运算放大器LM324、电阻R14-R16、滑动电阻RP1、RP2、烟雾传感器MQ1、三极管Q2组成，其中，滑动电阻RP1的1脚接电源，2脚接地，3脚接LM324的2脚，LM324的3脚接LM324的1脚，电阻R14一端接LM324的1脚，电阻R14另一端接LM324的6脚，电阻R14一端接LM324的6脚，另一端接LM324的7脚，电阻RP2的1脚、2脚同接LM324的5脚，3脚接地，LM324的11脚接地，LM324的4脚接电源，MQ1一端接电源，一端接LM324的5脚，电阻R16一端接电源，另一端接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极接LM324的7脚，三极管Q2的发射极接地。三极管Q2的集电极接单片机P11端。

本实用新型报警电路由电阻R17、三极管Q3组成，其中，蜂鸣器BUZ1组成，电阻R17一端接单片机P5，另一端接三极管Q3基极，三极管Q3集电极接地，蜂鸣器BUZ1一端接电源，另一端接三极管Q3发射极。

本实用新型电源稳压电路由电池、自锁开关SW1、电容C8、C9、发光二极管LED5、稳压芯片U3组成，其中，电源经自锁开关SW1连接C8与7805的输入端，电容一端将接U3的1脚，另一端将U3的2脚，电容C9一端接U3的2脚，另一端接U3的3脚，发光二极管LED5的阳极接U3的3脚，阴极接地。

本实用新型串口通信电路由电平转换芯片U4、电解电容C10-C13、电容C14和九针插孔J1组成，其中，电容C10的正极接芯片U2的1脚，负极接芯片U2的3脚，电容C12的正极接芯片U2的4脚，负极接芯片U2的5脚，电容C13的正极接芯片U2的7脚，负极接地，电容C11的正极接芯片U2的2脚，负极接地，电容C14一端接电源，另一端接地，芯片U4的16脚接电源VCC，芯片U4的15脚接地，芯片U4的14脚、13脚接插孔J1的2脚、3脚，芯片U4的12脚、11脚分别接单片机的30端、31端，插孔的5脚接地。

本实用新型单片机电路由单片机U5、晶振Y1、电容C15-C17、电阻R18、排阻JP1组成，其中，电解电容C15负极和电阻R18的一端接单片机U1的9脚连接，电解电容C15的正极接电源VCC，电阻R18的另一端接地，电容C16的一端和晶振Y1的一端接单片机U5的18脚，电容C17的一端和晶振Y1的另一端接单片机U5的19脚，电容C16、C17的另一端接地，单片机U5的32-40脚接排阻JP1，20脚接地，31脚、40脚接VCC。

本实用新型蓝牙传输电路由蓝牙模块组成，其中，蓝牙模块的VCC引脚接地，TXD阴脚接串口RXD引脚，RXD阴脚接串口TXD引脚，蓝牙模块的GND接地。

附图说明

图1为本实用新型的示意框图。

图2为本实用新型的侧视图(1：电机与轮子2：单片机3：电机驱动4：营养液5：热释红外传感器6：摄像头7：机械手8：烟雾传感器9：温度传感器)。

图3为本实用新型的电机驱动电路图。

图4为本实用新型的红外检测电路图。

图5为本实用新型的烟雾检测电路图。

图6为本实用新型的报警电路图。

图7为本实用新型的电源稳压电路图。

图8为本实用新型的串口通信电路图。

图9为本实用新型的单片机电路图。

图10为本实用新型蓝牙传输电路。

具体实施方式

一种基于远程控制的搜救机器人，通过热释电红外传感器和高清摄像头配合工作，判别是否找到幸存者。通过蓝牙控制搜救机器人的运动方向，当搜救机器人遇到障碍物，操作者可以根据传输回的视频信息，操作机器手清除障碍物，或者使机器人避开障碍物。搜救机器人行进的同时，热释电红外传感器通过探测人体发射的10μm左右的红外线寻找幸存者。机器人通过无线网络将摄像头的视频信号传输到上位机，使搜救人员可以掌握搜救现场的情况。如果热释电红外传感器感测到幸存者，开启蜂鸣器报警，同时通过无线通讯模块发送相关信息，传送给上位机并显示，或者搜救人员可根据视频信息搜寻幸存者。一旦搜索到幸存者，远程操作的人员可以适时使用车载机械手搬运覆盖在人员身上的物体，同时可以向被困者输送营养液，维持其生命，直到救护人员的到来。

图3为本实用新型的电机驱动电路图，单片机的四个引脚分别与电机驱动的控制端口相连，通过远程的控制端，可以选择搜救车的行进速度，使之产生不同占空比的PWM波，分为快、慢两档，以便适应不同场合。当输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转，信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机M1反转。当输入信号端IN3接高电平输入端IN4接低电平，电机M2正转，信号端IN3接低电平，IN4接高电平，电机M2反转。LED1和LED2作为电机M1正反转的指示，LED3和LED4作为电机M2正反转的指示。

图4为本实用新型的红外检测电路图，该搜救机器人所用的热释电红外传感器采用双探测元的结构，红外传感信号处理器为BISS0001。红外探测器采用热释电元件，对人体辐射出的10um左右波长的红外辐射非常敏感。当人体发出的微量红外线引起热释电红外传感的内部敏感元件温度变化时，传感器将在它的外接电阻R4两端产生一种微弱的电压信号，将信号接至BISS0001的前置运算放大器同相输入端1IN+进行放大滤波。经第一级放大处理后从1OUT引脚输出，由电容C3耦合至芯片内部二级运放器的反相输入端2IN-进行第二级放大，在BISS0001内部电路作双向鉴幅处理后有效地去触发延时定时器。

图5为本实用新型的烟雾检测电路图，采用旁热式烟雾传感器MQ1，在没有烟雾的情况下，传感器的组织为20K左右，烟雾进入时其阻值急剧下降，使其压降降低。从传感器上端出来的信号Vi经过运算放大器的同相输入端，但是为了保证引入的是负反馈，输出电压Vo通过电阻R15接到反相输入端，同时，反相输入端通过电阻R14接到参考电压Vref，由于引入深度电压串联负反馈，因此电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低。高输入阻抗就可以减少放大电路对前端电路的影响，同时低输出阻抗也可以提高自身的抗干扰性。该放大电路还加入了参考电压，引入了零点调节功能，产生一个参考电压Vref，再利用电压跟随器把电压输入到运算放大电路的电压参考端。调节滑动变阻器，可以直接改变放大电路的参考电压，电压跟随器用来匹配阻抗，防止R14和R15对滑动变阻器输出电压的影响。

图6为本实用新型的报警电路图，当热释电传感器检测到幸存者时，程序控制报警器将端口电平置0，PNP三极管导通，蜂鸣器得电开始报警，可以帮助搜救人员更快到达目的地。

图7为本实用新型的电源稳压电路图，电源使用7.4V 5000mAh的大容量锂电池，在直接供给电机驱动的同时，并联使用7805进行稳压，使输出5V电源提供给单片机和无线通讯装置工作。7805的输入端使用10uF电容C8进行电源滤波，输出端使用电容C9来消除输出纹波，保证元器件的正常工作不受电源干扰。

图8为本实用新型的串口通信电路图，采用了专用芯片MAX232进行是RS232电平与TTL电平的转换，采用三线制连接串口，9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。

图9为本实用新型的单片机电路图，单片机选用宏晶科技生产高速、低功耗、超强抗干扰的STC89C516RD+一款单片机为本实例的核心，与其他各电路相连，实现整个系统的控制。

图10为本实用新型蓝牙传输电路，无线通讯是以hc-06蓝牙透传模块为基础，该模块含有信号增强天线，数据稳定传输，穿透性强。

远程控制搜救机器人通过热释电红外传感器和高清摄像头配合工作，判别是否找到幸存者。打开搜救机器人的电源，进行远程控制连接，用户通过电脑键盘或者鼠标控制机器人的运动方向。单片机根据接收到的无线信号，控制电机从而控制搜救机器人的运动状态。当搜救机器人遇到障碍物，操作者可以通过视频操作机器手清除障碍物，或者使机器人避开障碍物。搜救车行进的同时热释电红外传感器通过探测人体发射的10μm左右的红外线寻找幸存者。机器人通过无线网络将摄像头的视频信号传输到上位机，使搜救人员可以掌握搜救现场的情况。如果热释电红外传感器感测到幸存者，开启蜂鸣器报警，同时通过无线通讯模块发送相关信息，传送给上位机并显示，或者用户可通过视频信息搜寻幸存者。一旦搜索到，远程操作的人员可以适时使用车载机械手搬运覆盖在人员身上的建筑物，同时可以控制向被困者输送营养液。

Claims (9)

1.一种基于远程控制的搜救机器人，其特征在于，包括单片机、电机装置、温度传感器、烟雾传感器、串口通信电路、报警装置、蓝牙传输电路、机械手、摄像头、营养液和热释红外装置，红外热释装置、温度传感器和烟雾传感器分别将采集信息传递给单片机，单片机分别控制电机装置、报警装置、串口通信电路、机械手、摄像头和营养液。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述电机装置包括电机控速元件、电机驱动电路和电机组成。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，单片机电路P00、P01、P02、P03分别与电机驱动电路的控制极相接，单片机P10与热释红外装置电路相接，单片机电路P11与烟雾检测电路相接，单片机电路P04与温度传感电路相接，单片机电路P30、P31与串口通信电路相接。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述电机驱动电路由电阻R1、R2、二极管D1-D8、发光二极管LED1-LED4、驱动芯片L298N、电机M1、M2组成，其中，二极管D1、D2、D3、D4阴极相接并同接VCC，D1阳极与U1的OUT1相接，D2阳极与U1的OUT2相接，D3阳极与U1的OUT3相接，D4阳极与U1的OUT4相接，二极管D5-D8阳极相接并同接地，D5阴极与U1的OUT1相接，D6阴极与U1的OUT2相接，D7阴极与U1的OUT3相接，D8阴极与U1的OUT4相接，UI的N1引脚与单片机P00引脚相接，UI的IN2引脚与单片机P01引脚相接，UI的IN3引脚与单片机P02引脚相接，UI的IN4引脚与单片机P03引脚相接，LED1的阳极接电阻R1一端，阴极与U1的OUT1相接，电阻R1另一端与U1的OUT2相接，LED2的阳极接LED1的阴极，LED2的阴极接LED1的阳极，电机M1一端接LED1的阴极，另一端与U1的OUT1相接，LED3的阳极接电阻R2一端，阴极与U1的OUT3相接，电阻R2另一端与U1的OUT4相接，LED4的阳极接LED3的阴极，LED4的阴极接LED3的阳极，电机M2一端接LED3的阴极，另一端与U1的OUT4相接，U1的ENA、ENB、SENSA、SENSB、GND同接地。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述热释红外装置电路由电阻R3-R13、电容C1-C7、红外探测器Q1、红外传感信号处理器U2组成，其中，红外探测器Q1的1脚接电源，3脚接地，2脚接1IN+，电容C1一端接Q1的2脚，另一端接地，电阻R4一端接Q1的2脚，另一端接地，电阻R5一端接地，另一端接电阻R3一端，电阻R3另一端接电源，电阻R6一端接地，另一端接U2的IB端，电容C3一端接U2的1OUT端，另一端接电阻R7一端，电阻R7另一端接电阻R8一端，电阻R8另一端接U2的2OUT端，电容C2一端接U2的2OUT端，另一端接U2的2IN-端，电阻R9一端接U1的1IN-端，另一端接电容C4，电容C4的另一端接U1的1IN-端，电阻R10一端接U1的1IN-端，另一端接电容C5的一端，电容C5另一端接地，电阻R11一端接RR2端，另一端接电容C7的一端，电容C7另一端接地，电阻R12一端接U1的RR1端，另一端接电容C7的一端，电容C6另一端接地，电阻R13一端接U1的VO端，另一端接单片机的P10端，U1的VRF端接电源，U1的VSS端接地，U1的RC1端接电阻R12一端，U1的VDD端接电源。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述烟雾传感器电路由运算放大器LM324、电阻R14-R16、滑动电阻RP1、RP2、烟雾传感器MQ1、三极管Q2组成，其中，滑动电阻RP1的1脚接电源，2脚接地，3脚接LM324的2脚，LM324的3脚接LM324的1脚，电阻R14一端接LM324的1脚，电阻R14另一端接LM324的6脚，电阻R14一端接LM324的6脚，另一端接LM324的7脚，电阻RP2的1脚、2脚同接LM324的5脚，3脚接地，LM324的11脚接地，LM324的4脚接电源，MQ1一端接电源，一端接LM324的5脚，电阻R16一端接电源，另一端接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极接LM324的7脚，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极接单片机P11端。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述报警电路由电阻R17、三极管Q3组成，其中，蜂鸣器BUZ1组成，电阻R17一端接单片机P5，另一端接三极管Q3基极，三极管Q3集电极接地，蜂鸣器BUZ1一端接电源，另一端接三极管Q3发射极。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述单片机电路由单片机U5、晶振Y1、电容C15-C17、电阻R18、排阻JP1组成，其中，电解电容C15负极和电阻R18的一端接单片机U1的9脚连接，电解电容C15的正极接电源VCC，电阻R18的另一端接地，电容C16的一端和晶振Y1的一端接单片机U5的18脚，电容C17的一端和晶振Y1的另一端接单片机U5的19脚，电容C16、C17的另一端接地，单片机U5的32-40脚接排阻JP1，20脚接地，31脚、40脚接VCC。

9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述蓝牙传输电路由蓝牙模块组成，其中，蓝牙模块的VCC引脚接地，TXD引脚接串口RXD引脚，RXD引脚接串口TXD引脚，蓝牙模块的GND接地。

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