專利名稱：基于搜救功能的螞蟻機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于搜救功能的螞蟻機(jī)器人，屬于機(jī)器人搜救領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上災(zāi)害，事故 發(fā)出最多的國(guó)家之一，地震、火災(zāi)，塌方，以及各類人為事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害。過(guò)去的幾年中，我國(guó)多災(zāi)并發(fā)，災(zāi)害強(qiáng)度大，影響范圍廣，人員傷亡多，城鎮(zhèn)受災(zāi)重，民房倒塌和基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴(yán)重。特別是汶川、青海玉樹強(qiáng)震，甘肅舟曲特大山洪泥石流等數(shù)次重特大自然災(zāi)害，造成傷亡人數(shù)之多、給我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重影響。地震、火災(zāi)、礦難等災(zāi)難發(fā)生后，在廢墟中搜尋幸存者，給予必要的醫(yī)療救助，并盡快救出被困者是救援人員面臨的緊迫任務(wù)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，超過(guò)48小時(shí)后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來(lái)越低。由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，救援人員受到有害物、煙霧、灰塵和一氧化碳等危險(xiǎn)的情況下是很難進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)開展救援工作的，此外，廢墟中形成的狹小空間使搜救人員甚至搜救犬也無(wú)法進(jìn)入。目前現(xiàn)有的搜救機(jī)器人，由于體積龐大，一般很難進(jìn)入狹小空間進(jìn)行搜索。而且現(xiàn)有的搜救機(jī)器人，是獨(dú)自的搜索幸存者，機(jī)器人相互之間沒(méi)有通信，搜索速度比較慢，搜索到幸存者所花的時(shí)間比較長(zhǎng)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決救援人員在受到有害物、煙霧、灰塵和一氧化碳等危險(xiǎn)的情況下很難進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)開展救援工作，特別是在廢墟中形成的狹小空間無(wú)法進(jìn)入的情況完成快速、準(zhǔn)確的搜索到幸存者的任務(wù)。本實(shí)用新型的螞蟻搜索機(jī)器人，包括單片機(jī)電路、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電池充電電路、紅外通訊電路、目標(biāo)檢測(cè)電路、指示電路、報(bào)警電路。電源電路的輸入端與電池相接，輸出端分別與單片機(jī)電路電源引腳、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電源，紅外通訊電路電源、目標(biāo)檢測(cè)電路電源、指示電路電源、報(bào)警電路電源相接。單片機(jī)電路Pl. O、Pl. I、Pl. 3、Pl. 4分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制極相接、單片機(jī)電路P2. I、P2. 2、P2. 3、P2. 6、P2. 7、P3. 7分別與紅外通訊電路相接、單片機(jī)電路Pl. 5與目標(biāo)檢測(cè)電路相接、單片機(jī)電路Pl. 6報(bào)警電路相接。本實(shí)用新型電源電路由開關(guān)SI、三端穩(wěn)壓器MCP1702、電容C1-C4及C8、C9組成，輸入B+與鋰電池的正極相接，B-與鋰電池的負(fù)極相接，正極從開關(guān)SI的2腳輸入，開關(guān)SI的I腳不接，3腳與電容Cl、CS及三端穩(wěn)壓器的輸入即3腳VIN相接，三端穩(wěn)壓器MCP1702的I腳接地，2腳即輸出VOUT與電容C2-C4、C9相接，最后由標(biāo)號(hào)為+3V3的端子輸出，給電路供電。本實(shí)用新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由三對(duì)MOS管(Q1P、Q1N)_ (Q3P、Q3N)構(gòu)成電機(jī)全橋驅(qū)動(dòng)。MOS管Q1P Q3P的漏極與4. 2V鋰電池的正極相接，MOS管Ql曠Q3N的源極與鋰電池的負(fù)極相接，第一對(duì)MOS管的控制極相接由單片機(jī)電路P1.0控制，第二對(duì)MOS管的控制極，分別由單片機(jī)電路Pl. I和Pl. 4控制，第三對(duì)MOS管的控制極相接由單片機(jī)電路Pl. 3控制，并且每對(duì)MOS管的漏極與源極相接，引出與電機(jī)相連。本實(shí)用新型電池充電電路，它由集成塊MCP73833VN、濾波電容ClO、電阻Rl I及R23構(gòu)成。集成塊MCP73833VN的1、2腳與充電器的輸出相接，3、4、7分別與單片機(jī)的12、13、14腳相接，5腳接地，9、10腳并接在一起，與鋰電池接通充電，8腳和6腳分別與一 IOK和3. 2K的電阻相接，并另一端相接與地相連。本實(shí)用新型紅外發(fā)射電路由三個(gè)NMOS管Q4-Q6、電阻R1-R3、紅外發(fā)射管LED1-LED3組成。電阻的一端與4. 2V鋰電池相接，另一端則與紅外發(fā)射管LED的正極相接，LED的負(fù)極接MOS驅(qū)動(dòng)管的漏極，MOS管的控制極由單片機(jī)控制，MOS管的源極均接地。本實(shí)用新型紅外接收電路由電阻R5-R10、R20、R21、電容C5-C7及三個(gè)紅外接收管PD1-PD3構(gòu)成。電阻R5-R7的一端均與單片機(jī)電路P2. 7控制腳相連，另一端分別與電容C5-C7及紅外接收管PD1-PD3的正極以及電容R8-R10的一端相連，電容R8-R10的另一端則 均與單片機(jī)電路P2. 6控制腳相連，電容C5-C7的另一端與電阻R20、R21的一端相連由單片機(jī)標(biāo)號(hào)為RX的28腳接收端相連，電阻R20的另一端接+3. 3V電源，電阻R21的另一端與紅外接收管HH-PD3的負(fù)極均接地。本實(shí)用新型指示電路由雙色LED即HSMF-C155，電阻R19、R20，M0S管Q7、Q8構(gòu)成。電阻的一端接4. 2V鋰電池電源正極，另一端分別與雙色LED HSMF-C155的兩個(gè)正極相接，雙色LED HSMF-C155的兩個(gè)負(fù)極分別與MOS管Q7、Q8的漏極相接，MOS管Q7、Q8的兩控制極分別由單片機(jī)控制，兩源極均接地。本實(shí)用新型目標(biāo)檢測(cè)電路由人體紅外熱釋傳感器RE200B和電阻R25構(gòu)成。傳感器D端通過(guò)電阻25與電源相接，G端與地相接，S端與單片機(jī)的Pl. 5相接。本實(shí)用新型報(bào)警電路由蜂鳴器，三極管Q9，電阻R26構(gòu)成。蜂鳴器一端與電源相接，另一端與三極管的發(fā)射極相接，三極管基極通過(guò)電阻26與單片機(jī)電路Pl. 6相接，三極管發(fā)射極與地相接。本實(shí)用新型提供的螞蟻機(jī)器人具有體積小、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)器人可通過(guò)相互協(xié)作、快速、準(zhǔn)確的搜索到幸存者。

圖I為本實(shí)用新型的原理框圖。圖2為本實(shí)用新型的俯視圖(I :處理器2:接收管3:觸角4:熱釋紅外傳感器5:發(fā)射管6 :開關(guān)7 :充電接地端8 :蜂鳴器 9 :充電端)。圖3為本實(shí)用新型的側(cè)視圖(2 :接收管3 :觸角4 :熱釋紅外傳感器5 :發(fā)射管6 開關(guān)7 :充電接地端8 :蜂鳴器 9 :充電端10 :電池11 :電機(jī))。圖4為本實(shí)用新型的電源電路圖。圖5為本實(shí)用新型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖。圖6為本實(shí)用新型的電池充電電路圖。圖7為本實(shí)用新型的紅外發(fā)射電路圖。圖8為本實(shí)用新型的紅外接收電路圖。圖9為本實(shí)用新型的指示電路圖。[0025]圖10為本實(shí)用新型的目標(biāo)檢測(cè)電路圖。圖11為本實(shí)用新型的報(bào)警電路圖。圖12為本實(shí)用新型的程序流程圖。
具體實(shí)施方式
螞蟻搜索機(jī)器人通過(guò)目標(biāo)檢測(cè)電路，判別是否找到幸存者，如果找到幸存者，通過(guò)紅外通訊電路發(fā)射相關(guān)信息，通知其他螞蟻搜索機(jī)器人并通過(guò)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲，如果沒(méi)找到幸存者，則繼續(xù)尋找并通過(guò)紅外通訊電路發(fā)射相關(guān)信息通知其他螞蟻搜索機(jī)器人。單片機(jī)電路為螞蟻搜索機(jī)器人的控制核心，根據(jù)目標(biāo)檢測(cè)電路的信號(hào)和接收到的紅外通訊電路的信號(hào)，控制電機(jī)來(lái)控制螞蟻搜索機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)螞蟻搜索機(jī)器人遇到障礙物，觸角開關(guān)被觸動(dòng)，螞蟻搜索機(jī)器人就拐彎避開障礙物。電源電路為螞蟻搜索機(jī)器人提供電源，電池充電電路用于給電源充電，根據(jù)指示電路可以知道電源是否充足，是否找到幸存者。鑒于工作環(huán)境，螞蟻搜索機(jī)器人優(yōu)選長(zhǎng)30mm、優(yōu)選寬28mm，優(yōu)選觸角開關(guān)安裝在機(jī)器人的前部，觸角碰到障礙物就會(huì)被觸動(dòng)，紅外發(fā)射管優(yōu)選3個(gè)，彼此相差120度，紅外接收管優(yōu)選3個(gè)，彼此相差120度。圖4為本實(shí)用新型的電源電路圖，穩(wěn)壓管MCP1702給單片機(jī)MSP430提供一個(gè)穩(wěn)定的3. 3V電源。穩(wěn)壓管MCP1702的輸入電壓范圍為2. 7V-13. 2V，輸出電壓為3. 3V。B+和B-兩端分別連接320mA的鋰電池的正負(fù)端。開關(guān)SSSS210810控制螞蟻機(jī)器人的啟動(dòng)和停止。圖中的電容均用來(lái)濾波，IOOnF的電容用來(lái)過(guò)濾低頻波，4. 7uF的電容用來(lái)過(guò)濾高頻波。圖5為本實(shí)用新型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖，信號(hào)端Ml、M2、MP、麗由單片機(jī)MSP430控制，連接具有IOK的上拉電阻的Vbatt處，因?yàn)閱纹瑱C(jī)MSP430是由3. 3v的穩(wěn)壓管供電，而Vbatt處的電壓為鋰電源的兩端電壓高至4. 2v。如果MSP430以3. 3v驅(qū)動(dòng)信號(hào)端Ml、M2、MP、MN，可能會(huì)導(dǎo)致P型M0SFETS管不能徹底關(guān)斷。電機(jī)狀態(tài)編碼如表I所示。表I電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)編碼表
權(quán)利要求1.基于搜救功能的螞蟻機(jī)器人，由單片機(jī)電路、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電池充電電路、紅外通訊電路、目標(biāo)檢測(cè)電路、指示電路和報(bào)警電路組成，其特征在于，電源電路的輸入端與電池相接，輸出端分別與單片機(jī)電路電源引腳、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電源端、紅外通訊電路電源端、目標(biāo)檢測(cè)電路 電源端、指示電路電源端、報(bào)警電路電源端相接；單片機(jī)電路Pl. O、Pl. I、Pl. 3、Pl. 4分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制極相接，單片機(jī)電路P2. I、P2. 2、P2. 3、P2. 6、P2. 7、P3. 7分別與紅外通訊電路相接，單片機(jī)電路Pl. 5與目標(biāo)檢測(cè)電路相接，單片機(jī)電路Pl. 6與報(bào)警電路相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)器人，其特征在于所述電源電路由開關(guān)SI、三端穩(wěn)壓器MCP1702、電容C1-C4、C8和C9組成，其中，輸入B+與鋰電池的正極相接，B-與鋰電池的負(fù)極相接，正極從開關(guān)SI的2腳輸入，開關(guān)SI的I腳不接，3腳與電容Cl、CS及三端穩(wěn)壓器的輸入即3腳VIN相接，三端穩(wěn)壓器MCP1702的I腳接地，2腳輸出VOUT與電容C2-C4、C9相接，最后由標(biāo)號(hào)為+3V3的端子輸出，給電路供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)器人，其特征在于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由三對(duì)MOS管Q1P Q3P和Ql曠Q3N構(gòu)成電機(jī)全橋驅(qū)動(dòng)，其中，Q1P Q3P的漏極與4. 2V鋰電池的正極相接，Ql曠Q3N的源極與鋰電池的負(fù)極相接，第一對(duì)MOS管的控制極相接由單片機(jī)電路Pl. O控制，第二對(duì)MOS管的控制極分別由單片機(jī)電路Pl. I和Pl. 4控制，第三對(duì)MOS管的控制極相接由單片機(jī)電路Pl. 3控制，每對(duì)MOS管的漏極與源極相接，引出與電機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)器人，其特征在于所述電池充電電路由集成塊MCP73833VN、濾波電容C10、電阻Rll和R23構(gòu)成，其中，集成塊MCP73833VN的1、2腳與充電器的輸出相接，3、4、7腳分別與單片機(jī)的12、13、14腳相接，5腳接地，9、10腳并接在一起，與鋰電池接通充電，8腳和6腳分別與IOK和3. 2K的電阻一端相接，電阻另一端與地相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)器人，其特征在于所述紅外發(fā)射電路由三個(gè)NMOS管Q4-Q6、電阻R1-R3、紅外發(fā)射管LED1-LED3組成，電阻的一端與4. 2V鋰電池相接，另一端則與紅外發(fā)射管LED的正極相接，LED的負(fù)極接MOS驅(qū)動(dòng)管的漏極，MOS管的控制極由單片機(jī)控制，MOS管的源極均接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)器人，其特征在于所述紅外接收電路由電阻R5-R10、R20、R21、電容C5-C7和三個(gè)紅外接收管TO1-PD3構(gòu)成，其中，電阻R5-R7的一端與單片機(jī)電路P2. 7控制腳相連，另一端分別與電容C5-C7的正極、紅外接收管HH-PD3的正極、電阻R8-R10的一端相連；電阻R8-R10的另一端與單片機(jī)電路P2. 6控制腳相連，電容C5-C7的另一端與電阻R20、R21的一端相連由單片機(jī)標(biāo)號(hào)為RX的28腳接收端相連，電阻R20的另一端接+3. 3V電源，電阻R21的另一端與紅外接收管PD1-PD3的負(fù)極均接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)器人，其特征在于所述指示電路由雙色LEDHSMF-C155、電阻R19、R20、M0S管Q7、Q8構(gòu)成，電阻的一端接4. 2V鋰電池電源正極，另一端分別與雙色LED HSMF-C155的兩個(gè)正極相接，雙色LEDHSMF-C155的兩個(gè)負(fù)極分別與MOS管Q7、Q8的漏極相接，MOS管Q7、Q8的兩控制極分別由單片機(jī)控制，兩源極均接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)器人，其特征在于所述目標(biāo)檢測(cè)電路由人體紅外熱釋傳感器RE200B和電阻R25構(gòu)成，其中傳感器D端通過(guò)電阻25與電源相接，G端與地相接，S端與單片機(jī)電路Pl. 5相接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)器人外形長(zhǎng)30mm、寬28mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于搜救功能的螞蟻機(jī)器人，由單片機(jī)電路、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電池充電電路、紅外通訊電路、目標(biāo)檢測(cè)電路、指示電路和報(bào)警電路組成，在搜索的過(guò)程中，通過(guò)紅外相互通信，了解彼此狀態(tài)。當(dāng)螞蟻搜救機(jī)器人在搜索過(guò)程中遇到障礙物，觸角開關(guān)就會(huì)被觸動(dòng)，螞蟻搜救機(jī)器人就會(huì)轉(zhuǎn)向。當(dāng)一個(gè)螞蟻搜救機(jī)器人找到幸存者后，該螞蟻搜救機(jī)器人就會(huì)紅外信息通知其他螞蟻機(jī)器人，其他螞蟻機(jī)器人收到信息后，向其靠攏，并發(fā)出報(bào)警聲。螞蟻搜救機(jī)器人通過(guò)相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜情況下快速、準(zhǔn)確的搜索到幸存者。
文檔編號(hào)G08C23/04GK202518372SQ201220061410
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者劉叔軍, 徐本連, 朱培逸, 毛麗民, 高玨 申請(qǐng)人:常熟理工學(xué)院