复杂地形救援机器人

数媒竞赛获奖作品信息及简介
作品名称复杂地形救援机器人
参赛院校山东科技大学
指导老师蒋力帅
团队成员左嘉诚
奖项等级三等奖
竞赛年份2020

1、机械结构设计 其运动结构主要由六条仿照多足昆虫的腿部结构设计的机械腿构成,根据多足昆虫腿部三个自由度结构,设计出腰关节、髋关节、膝关节三个关节;并采用三个舵机模仿三个关节的动作。由于采用六足式的运动方式,18个关节,对应 18 个运动舵机进行控制。为了使得搭载到机器人上的传感器更加稳固,实现更好的检测效果,本文在六爪机器人的头部上设置用于装载摄像头的云台装置,可根据地面站的指令进行转动;且在底部还设计用于安装检测传感器的固定支架。为了实现更好的运动控制效果,在机器人机身的前端安置两个超声波避障传感器,并为之设计固定支架。 2、产品控制系统 六足巡检机器人的控制系统主要由六足机器人运动以及云台系统、无线通讯系统、摄像监控系统、气体检测系统、避障系统构成。 (1)六足机器人运动以及云台系统 本系统采用 stm32f103 作为控制器,通过 UART 通讯接口与 24 路的舵机控制板进行连接,控制机器人上的 18个运动舵机以及 1 个云台舵机。舵机控制板上有 24 路的舵机控制信号。stm32f103 控制器通过发送串口指令,控制 18 个舵机转动的特定的角度,实现六足机器人的前后左右运动、转动等基本运动。通过发送串口指令,控制云台电机,从而带动摄像头进行转动,实现多角度的拍摄废墟环境。 (2)无线通讯系统 六足巡检机器人具有自动控制和手动控制两种模式,模式的切换通过通讯指令来实现,手动控制同样需要依赖可靠的通讯方式。特别在废墟环境下,障碍遮挡物较多,距离较远,通讯信号差,我们采用的 433 数传技术实现对机器人无线控制能一定程度上的抵抗这些不足。433 数传模块一般是成对使用,stm32f103 控制器的 UART 接口与一个 433 数传模块进行连接,另一个 433 数传模块通过 USB接口与地面站相连接,如此就可以实现稳定的机器人的手动控制,以及机器人回传的数据信息。 (3)摄像监控系统 本系统采用 10 倍变焦的摄像头,能更好的适应复杂的环境变化;通过 5.8G 图传模块与地面站显示器进行无线的图像传输。类似的,5.8G 图传模块也是成对使用,一个发送、一个接收。5.8G 发送子模块搭载在六足巡检机器人上,通过 micro usb 接口与 10 倍变焦的摄像头的视频输出口相互连接;5.8G 图传接收子模块设置在地面站上,通过视频线与显示器相连接,通过显示器可以直接看到摄像头所拍摄到的画面,如此便构成了机器人的摄像监控系统。 (4)气体检测系统 该六足巡检机器人上搭载气体检测装置,该装置能够将某种特定气体的体积分数转换为对应的电信号。该装置上搭载有二氧化碳传感器,丙酮传感器,氨传感器,异戊二烯传感器和检测人体皮肤释放出的化学物质的传感器。stm32f103 控制器通过捕获各个传感器输出的电信号,将气体的成分、浓度等信息进行计算并回传到地面站,并采用定位跟踪算法,对气体进行跟踪。 (5)避障系统避障系统 通过测量运动方向上有无障碍物,若有的话则测量与障碍物的距离,到达一定的安全距离之后机器人自动停止运动,进入手动控制模式,并将信号反馈给地面站,等待工作人员进行下一步的操作,如后退或绕开障碍物,实现避障效果。通过 stm32f103 控制器的 UART 通讯接口与超声波测距模块相连接,发送指令获取模块测得的与障碍物的距离,该数据为十六进制,且以毫米为单位,需要进行转换为十进制的数值。