CN205068165U

CN205068165U - 基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人

Info

Publication number: CN205068165U
Application number: CN201520822431.6U
Authority: CN
Inventors: 陈伟杰; 张寿丰; 许伟; 张华�; 蔡小鹏; 高金凤
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2025-10-22

Abstract

本实用新型公开了基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人。矿井搜救机器人的搜救效率意义重大。本实用新型的ZigBee无线传输模块位于车体内；多个车体的ZigBee无线传输模块通过ZigBee无线传感器网络系统实现定位及组网；微处理器控制ZigBee无线传输模块、环境检测传感器系统和生命体征探测系统；环境检测传感器系统测量矿井中环境参数；生命体征探测系统探测被困人员；动力系统控制车体的运动；电源为动力系统、微处理器、生命体征探测系统、ZigBee无线传输模块及环境检测传感器系统供电。本实用新型搭建控制核心，并配套环境检测传感器系统和生命体征探测系统，减少了搜救时间，提高了搜救效率。

Description

基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，设计搜救机器人，具体涉及一种基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人。

背景技术

中国是一个产煤大国，是一个严重依赖煤炭能源的国家，同时也是矿难大国。每年上百次的事故发生，成千人的矿工死亡，煤矿安全形势已经十分严峻。而在矿难救援行动中，复杂的矿洞巷道，严重超标的一氧化碳浓度，以及瓦斯爆炸和矿洞再次坍塌等二次灾难，都将给矿难救援带来极大的困难。在井下的复杂环境下，伤亡往往在顷刻便会发生。当矿难发生时，大型救援设备通常都无法立即到达。废墟空间狭小而且稳定性差，井下存在有毒气体等，都给人工救援带来阻碍。因此，使用能够代替人类执行危险、复杂的矿井搜救任务的机器人，有着其非常重要的现实意义。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有矿井多发状况及搜救技术的不足，提供一种基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人，该搜救机器人结构简单、控制容易，大大提高了矿井搜救机器人的自动性、协同性和可控性，减少了搜救时间，提高了搜救效率，满足了大规模搜救的要求。

本实用新型包括动力系统、生命体征探测系统、ZigBee无线传感器网络系统、微处理器、ZigBee无线传输模块、环境检测传感器系统和电源；所述的ZigBee无线传输模块位于车体内；多个车体的ZigBee无线传输模块通过ZigBee无线传感器网络系统实现定位及组网；所述的微处理器位于车体内，控制ZigBee无线传输模块、环境检测传感器系统和生命体征探测系统；所述的环境检测传感器系统测量矿井中环境参数；所述的生命体征探测系统探测被困人员；所述的动力系统控制车体的运动；所述的电源为动力系统、微处理器、生命体征探测系统、ZigBee无线传输模块及环境检测传感器系统供电。

所述的微处理器采用ARM为主核心，型号为STM32F103RC；所述ZigBee无线传输模块的TX1、RX1脚分别与微处理器的29、30脚相连；所述的环境检测传感器系统包括烟雾传感器和温湿度传感器；烟雾传感器采用MQ2烟雾传感器，温湿度传感器采用M2301数字温湿度传感器；烟雾传感器的输出脚ADC1与微处理器的11脚相连；数字温湿度传感器的输出引脚ADC2与微处理器的20引脚相连；所述的生命体征探测系统包括红外传感器和红外摄像头；红外传感器采用BIS0001热释电红外传感器；红外摄像头的TX2、RX2脚分别与微处理器的51脚、52脚相连；红外传感器的触发脚EXTER1与微处理器的41脚相连；所述ZigBee无线传输模块、烟雾传感器、温湿度传感器、红外摄像头和红外传感器的VCC端都与电源相连，GND端均接地。

所述的动力系统包括电机Ma、电机Mb、电机Mc、电机Md、第一驱动器和第二驱动器；电机Ma和电机Mb控制车体的两个前轮，电机Mc和电机Md控制车体的两个后轮；第一驱动器控制电机Ma和电机Mb，第二驱动器控制Mc和电机Md；微处理器的型号为STM32F103RC；微处理器的2～10脚依次接第一驱动器的输入端口IN1、IN2、IN3、IN4及第二驱动器12的输入端口IN1、IN2、IN3、IN4。微处理器的58、59、61、62脚依次接入第一驱动器和第二驱动器的两个使能端。

所述的电源采用锂电池。

所述的红外摄像头通过支撑杆连接于车体，且与支撑杆构成球铰链；所述的支撑杆可伸缩。

本实用新型的有益效果：

本实用新型将ARM处理器与ZigBee无线传感器网络技术相结合，利用ARM平台搭建智能搜救机器人控制核心，并配套环境检测传感器系统和生命体征探测系统，在此基础上，实现矿井搜救机器人与移动终端的联系，救援人员通过对回传的视频和环境数据进行实时分析，实时调整机器人的位置和行动情况，从而对搜救做出判断。本实用新型的ZigBee无线传感器网络系统可以实现多辆搜救机器人的精确定位及组网，便于搜索的遍历性和快速性；环境检测传感器系统能够测量多个环境参数，实时提供环境信息，为救援人员制定救援路线提供环境因素；生命体征探测系统能够及时地发现被困人员，第一时间发现生命状态，便于救援人员快速找到亟需救援的被困人员。

附图说明

图1为本实用新型的机械结构示意图；

图2为本实用新型中车体内部元器件的系统结构框图；

图3-1为本实用新型中第一驱动器的电路连接图；

图3-2为本实用新型中第二驱动器的电路连接图；

图4为本实用新型的搜救流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人，包括动力系统1、生命体征探测系统3、ZigBee无线传感器网络系统4、微处理器8、ZigBee无线传输模块9、环境检测传感器系统和电源。ZigBee无线传输模块9位于车体2内；微处理器采用ARM为主核心，位于车体2内，实现对ZigBee无线传输模块9、环境检测传感器系统和生命体征探测系统的控制；多个车体2的ZigBee无线传输模块9通过ZigBee无线传感器网络系统4实现定位及组网；环境检测传感器系统测量矿井中多个环境参数，实时提供环境信息；生命体征探测系统3能够及时发现被困人员，第一时间发现生命状态，并具有避障功能；动力系统1实现对搜救机器的运动轨迹控制；电源采用锂电池，体积小、蓄能大，为动力系统1、微处理器、生命体征探测系统3、ZigBee无线传输模块9及环境检测传感器系统供电。

如图2所示，微处理器8的型号为STM32F103RC；ZigBee无线传输模块9的TX1、RX1脚分别与微处理器8的29、30脚相连，从而实现多个车体2的自主组网及精确定位；环境检测传感器系统包括烟雾传感器5和温湿度传感器7；烟雾传感器5采用MQ2烟雾传感器，温湿度传感器7采用M2301数字温湿度传感器；烟雾传感器5的输出脚ADC1与微处理器的11脚相连，微处理器的ADC采样烟雾传感器的输出电压，从而判断矿井环境下的空气烟雾含量；数字温湿度传感器7的输出引脚ADC2与微处理器的20引脚相连，微处理器的ADC采样数字温湿度传感器7的输出电压，从而对矿井现场的温湿度环境做出判断；生命体征探测系统3包括红外传感器6和红外摄像头10；红外传感器采用BIS0001热释电红外传感器；红外摄像头10的TX2、RX2脚分别与微处理器的51脚、52脚相连，从而实现视频数据的采集与传输；红外传感器6的触发脚EXTER1与微处理器的41脚相连，当红外传感器6感应到人体红外线时，输出一个上升沿脉冲，微处理器捕获到这个脉冲便会采取相应的救援行动；ZigBee无线传输模块9、烟雾传感器5、温湿度传感器7、红外摄像头10和红外传感器6的VCC端都与电源相连，GND端均接地。

如图3-1和3-2所示，动力系统1包括电机Ma、电机Mb、电机Mc、电机Md、第一驱动器11和第二驱动器12；电机Ma和电机Mb接车体的两个前轮，电机Mc和电机Md接车体的两个后轮；第一驱动器11控制电机Ma和电机Mb，第二驱动器12控制Mc和电机Md；微处理器8的型号为STM32F103RC；微处理器的2～10脚依次接第一驱动器11的输入端口A1、A2、B1、B2及第二驱动器12的输入端口C1、C2、D1、D2。微处理器的58、59、61、62脚(即PWMA、PWMB、PWMC、PWMD四路PWM波输出脚)依次接入第一驱动器11和第二驱动器12的两个使能端。第一驱动器11和第二驱动器12的输入端口控制电机的方式：当A1端口为高电平，A2端口为低电平时，电机正转；当A1端口为低电平，A2端口为高电平时，电机反转；其他端口控制电机方式同A1、A2端口；PWM波通过对波的占空比的调节来达到对电机转速的控制；通过以上方式可以实现车体的倒退、转弯、减速、加速等功能。

如图4所示，该基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人的搜救流程如下：

首先上位机发出搜索指令，机器人判断是否接收到上位机的命令，如果没有接收到命令，则不工作，为等待状态；当机器人接收到上位机软件发出的搜索指令时，便开始进行无方向的连动搜索。机器人通过环境检测传感器系统，检测矿井的气体含量并将数据传送给上位机，同时也将确定的位置坐标通过ZigBee无线传感器网络系统4传送给上位机。然后机器人继续搜索，采集搜索区域的生命特征。如果机器人没有找到被困人员，则继续采集环境信息和确定位置坐标，继续搜索被困人员。当机器人搜索到被困人员时，向上位机发出信号，上位机接收到小车的搜救信号之后，便标记该点坐标，并指示机器人以该信号为中心进行组网搜索；通过这种连动方式，直到找到所有的被困人员。在此基础上，救援人员通过对回传的视频和环境数据进行实时分析，可实时调整机器人的位置和行动情况，从而对搜救做出判断。

Claims

1.基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人，包括动力系统、生命体征探测系统、ZigBee无线传感器网络系统、微处理器、ZigBee无线传输模块、环境检测传感器系统和电源，其特征在于：所述的ZigBee无线传输模块位于车体内；多个车体的ZigBee无线传输模块通过ZigBee无线传感器网络系统实现定位及组网；所述的微处理器位于车体内，控制ZigBee无线传输模块、环境检测传感器系统和生命体征探测系统；所述的环境检测传感器系统测量矿井中环境参数；所述的生命体征探测系统探测被困人员；所述的动力系统控制车体的运动；所述的电源为动力系统、微处理器、生命体征探测系统、ZigBee无线传输模块及环境检测传感器系统供电。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人，其特征在于：所述的微处理器采用ARM为主核心，型号为STM32F103RC；所述ZigBee无线传输模块的TX1、RX1脚分别与微处理器的29、30脚相连；所述的环境检测传感器系统包括烟雾传感器和温湿度传感器；烟雾传感器采用MQ2烟雾传感器，温湿度传感器采用M2301数字温湿度传感器；烟雾传感器的输出脚ADC1与微处理器的11脚相连；数字温湿度传感器的输出引脚ADC2与微处理器的20引脚相连；所述的生命体征探测系统包括红外传感器和红外摄像头；红外传感器采用BIS0001热释电红外传感器；红外摄像头的TX2、RX2脚分别与微处理器的51脚、52脚相连；红外传感器的触发脚EXTER1与微处理器的41脚相连；所述ZigBee无线传输模块、烟雾传感器、温湿度传感器、红外摄像头和红外传感器的VCC端都与电源相连，GND端均接地。

3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人，其特征在于：所述的动力系统包括电机Ma、电机Mb、电机Mc、电机Md、第一驱动器和第二驱动器；电机Ma和电机Mb控制车体的两个前轮，电机Mc和电机Md控制车体的两个后轮；第一驱动器控制电机Ma和电机Mb，第二驱动器控制Mc和电机Md；微处理器的型号为STM32F103RC；微处理器的2～10脚依次接第一驱动器的输入端口IN1、IN2、IN3、IN4及第二驱动器12的输入端口IN1、IN2、IN3、IN4；微处理器的58、59、61、62脚依次接入第一驱动器和第二驱动器的两个使能端。

4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人，其特征在于：所述的电源采用锂电池。

5.根据权利要求2所述的基于ZigBee技术的多功能矿井搜救机器人，其特征在于：所述的红外摄像头通过支撑杆连接于车体，且与支撑杆构成球铰链；所述的支撑杆可伸缩。