智能水面搜救机器人的设计方案

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智能水面搜救机器人的设计方案 本文简介：摘要：智能水面搜救机器人坚持以人为本的设计理念，采用人工手动控制和智能自动化控制为一体的控制方式，通过机器人底座皮划艇上配备的三轴陀螺仪、三轴加速度计、全向压力传感器、电子罗盘传感器、碰撞传感器、回充传感器等的驱动装置正常、快速运行，利用机体内的人体红外感应器、ＬＤＳ激光测距传感器、超声波传感器和图

智能水面搜救机器人的设计方案 本文内容：

摘要：智能水面搜救机器人坚持以人为本的设计理念，采用人工手动控制和智能自动化控制为一体的控制方式，通过机器人底座皮划艇上配备的三轴陀螺仪、三轴加速度计、全向压力传感器、电子罗盘传感器、碰撞传感器、回充传感器等的驱动装置正常、快速运行，利用机体内的人体红外感应器、ＬＤＳ激光测距传感器、超声波传感器和图像成影防水摄像及视频装置进行搜索并定位被搜救对象，借助可伸缩承重机器人长臂、３６０度旋转腰部的伸缩调控以及具有轻柔微调性能的机器力量托抱起被救对象，采用光电编码器、电动船控制器、钓鱼船速度控制器等配合实现水面灵活回转快速靠站功能，第一时间把被搜救对象托放至水上救援艇上，实现省时、省力、精准、安全的水面救援。

关键词：水面搜救；智能；人体红外感应；全向压力传感；光电编码器

１方案概述

本方案产品坚持以人为本的设计理念，采用人工手动控制和全智能机器人自动化为一体的合二为一的控制方式，通过机器人底座皮划艇的驱动装置快速运行于水面，利用机体内的红外线装置和图像成影或防水摄像头视频装置进行搜索并定位被搜救对象，使用机械臂灵活的伸缩调控性能和强大的又具有温柔微调性能的机器力量托抱起被救对象，再加上水面灵活回转快速靠站功能，快速高效安全第一时间把被搜救对象托放至水上救援艇上，实现省时、省力、精准、安全的水面救援。水面搜救机器人主要有两部分构成：智能驱动皮划艇底座和长手臂智能机器人。皮艇底座采用环保ＰＶＣ材料，使用热熔压合技术工艺，保障船体不开胶、不脱胶、寿命长、耐用。配置船绳或牵引绳１条。机器人底座采用电动推进器，采用人工手动控制和智能自动化控制两种受控方式为一体的控制方式。智能控制程序在“中学生机器人投篮大赛”中机器人控制程序的基础上进行修改，设计出能识别人体、追踪人体、抱住人的身体并把被救者准确放入救生艇内的一系列程序控制的智能搜救机器人程序，从而实现水面搜救机器人的全智能自动控制模式和人工手动控制模式。一次搜救过程，可以只出动一个水面搜救机器人，也可以出动一个机器人装备队，如图１。图１一次搜救过程的机器人

２总体设计原理

２．１智能水面搜救机器人的机械结构

智能水面搜救机器人主要由机体机构、控制机构、运行机构、救援机构组成。机体机构由长手臂智能机器人主体和智能驱动皮划艇底座组成。控制机构主要为声音传感器、主控电路板、伺服电机和中央处理主板等。运行机构主要为智能方向速度控制主板、运行电机和螺旋桨推进器。救援机构主要为可伸缩承重机器人长臂、３６０度旋转支架机器人腰、人体红外感应机器人鼻子、长焦摄像头机器人眼和目标定位机器人头等。智能水面搜救机器人的机构如图２。

２．２智能水面搜救机器人的追踪搜救控制程序（以“萝卜太辣”机器人控制程序设计为例）

２．３智能水面搜救机器人的工作机制

２．３．１支持机器人工作的核心部件（１）配备三轴陀螺仪和三轴加速度计。在机身上配备三轴陀螺仪和三轴加速度计。三轴陀螺仪可以检测在ｙａｗ／ｐｉｔｃｈ／ｒｏｌｌ方向的角度变化，从而判断机器朝向，而三轴加速度计则可以判断扫地机器人在Ｘ／Ｙ／Ｚ三个轴的加速度，用来判定机器是否倾斜或有无突然的碰撞等状况。（２）配备全向压力传感器。机体船身的前、后、左、右、左前、右前、左后、右后共八个地方，以及机器人头顶上盖、船底螺旋桨周围低于螺旋桨部位，各配备一个全向压力传感器，实行３６０度全方位灵敏感应轻微碰撞，防止机器人被水面或水中物体卡住。（３）配备电子罗盘传感器。通过电子罗盘传感器的磁场感应，准确识别虚拟墙。当遇到虚拟墙时，会主动避开，不擅自进入被虚拟墙隔离的区域。在非施救区域、无工作环境区域或其它危险区域，使用虚拟墙进行隔离，保障搜救工作顺利完成。（４）碰撞传感器。在智能驱动皮划艇底座距离水面上下各２０ｃｍ处安装一圈碰撞板，在碰撞板前后左右四个方向各装有一个光电开关。光电开关由一对红外发射对管组成，发光二极管发射的红外光线通过搜救机器人智能驱动皮划艇底座特制的小孔被光敏二极管接受，当机身碰撞板受到碰撞时，碰撞板就会挡住皮划艇底座特制小孔，阻碍红外线的接受从而向控制系统传达信息。此结构可避免测量盲区带来的误差，以保证搜救机器人和附近物品的安全。（５）配备回充传感器。有了回充传感器，控制器会向红外线发射器发送信号，红外线发射器向四周发射红外线。充电基座安装有红外线传感器，感受到来搜救机器人发射来的红外线后，会向搜救机器人发射红外线。搜救机器人内部的红外线传感器接收到后会向控制器发送信号，控制器就会控制搜救机器人按照接收到红外线的方向找到充电基座，并在备用电量启动之时自动返回进行充电，以保证搜救工作继续，直到全部完成。（６）配备手动遥控装置。本搜救机器人同时配备船模遥控器、机器人遥控器、监控视频遥控器等操控设备，可以实现人工手动操作。在必要的时候，通过视频传输，远程同步，采用人工手动遥控操作，以确保达到营救安全系数最大化。２．３．２水面搜救定位（１）配备人体红外感应器。在机身上配备被动红外探测器，当被搜救人体进入搜救感应区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载，启动驱动设备靠近人体实施营救。当人体离开搜救感应区，开关及时自动关闭并启动“目标消失”报警。（２）配备ＬＤＳ激光测距传感器。在机身上配备ＬＤＳ激光测距传感器，获取距离信息。当激光投射到人体特征的物品上时，会在传感器里形成光斑。同时，图像传感器会根据光斑的像素序号来计算到激光测距传感器的中心距离。（３）配备超声波传感器。在机身上同时配备超声波传感器，传感器由负责发射超声和负责接收超声两部分组成，声波在水中传播的速度是１５００ｍ／ｓ，根据发射和接收的时间差可以计算并得到与被救物之间的距离，并根据直线距离和水域情况制定搜救路线。根据发射和接收的时间差还可以计算并得到与障碍物之间的距离，从而避免碰撞，透明物体也能正确感应提前减速并采取绕道或清理措施。２．３．３操控模式（１）自动模式工作状态。当开关启动，工作模式激活，人体红外感应机器人鼻子、长焦摄像头机器人眼和目标定位机器人头进入工作状态，搜救系统筛选出目标信号，判断出救人 …… 此处隐藏：2937字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……