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消防機器人操控系統的研究

消防機器人的行走控制方案,用于各種復雜環境的火災現場。通過對消防機器人運動操作系統及遠程無線遙控部分進行研究、設計,并在 MATLAB中進行仿真驗證,達到硬件設計實現。
由于社會的快速發展,各種高層建筑也不斷地修建起來高層建筑和復雜結構的建筑物加大了消防所面臨的挑戰,如何迅 速 應 對 火 災,減 少 二 次 災 害,確 保 生 命財產是消防工作的重要問題。隨著科學技術的不斷進步以及人工智能技術的飛速發展,機器人逐漸進入人們的視線,尤其是消防機器人和救援機器人越來越受到人們的重視。消防機器人是眾多種類機器人中的一種,顧名 思 義,它主要的任務是進行消防作業,比 如 參 與 滅火、救援、檢測等,消防機器人能大幅提升惡性火災的救援能力。
1系統描述
本次設計根據現實生活中所遇到的問題和困難,設計出一款車體小、方便操作、方便攜帶以及和人互動性強的智能消防機器人。這一次設計所使用的是以 TMS320F28335芯片作為主芯片來解決所出現的各種問題和滿足各種功能的要求。機器人外部設備接各種傳感器,用 來 監 控 火災現場的實時環境以及不斷實時地收集車體所傳輸的數據,控制傳輸 采 用 新 的433M 串 口 通 信 模 塊。在 車 體上安裝攝像頭,進行視頻的顯示和傳送,顯示器所使用的是7寸分辨率為1080×1024高清高亮的 HDMI接口顯示。
而且車體上設計有自帶噴水系統,為了防止機器人在高溫情況下工作時車體和零件的損壞。消防機器人由車體、人機交互界面、感知系統、運動系統和上、下位通信系統構成。操作人員通過人機互動界面來根據火災現場情況做出相應的操作。
本設計既 包 括 了 上 位 機,同時也包括下位機,基 于TMS320F28335芯片為核心的開發板進行設計與控制,其系統結構框圖 如 圖1所 示。上位機與操縱臺相連,操縱臺由操作桿、按鈕等一系列輸入裝置組成。這些輸入裝置將控制指令輸入到上位機,通過上位機和下位機的通信,這些控制指令被無線傳輸到下位機,同時上位機接收來自下位機的 信 息,攝像頭將所檢測到的現場畫面會實時地傳送到主 控 制 臺,在顯示器上可以實時地觀看到機器人處于的現場狀態,便于操作者根據實際情況控制消防機器人的動作。下位機主要是對動作的控制,接收來自上位機的指令后對電機驅動器和繼電器進行開關控制。
另外,下位機還需要對傳感器的模擬信號進行采集,同時還需要控制下位機傳輸視頻、聲音等反饋給上位機。由于采用遠程控制消防機器人的操作,所以用合理、可靠的通信模塊十分重要。我們可以采用433M 模塊。通過該模塊,可以實現遠程遙控,即主控計算機和機器人的無障礙遠程數據交換,經驗證,該系統的抗干擾性較強,選用合理、科學。
控制系統軟件設計
作為智能控制消防機器人控制的核心自然是控制系統的設計,為了達到更高精度、快速度的控制效果,此次研究采用控制芯片作為系統主控部分,充分理解自控知識并加入控制,編寫對應的操控程序,并且不斷地進行調試,在仿真軟件上進行效果驗證,如果方案具備可實現性,則繼續進行功能完善。
軟件總體設計思路
在本次智能消防機器人的設計中,機械操控手臂內置壓感元件,加入模數轉換模塊,實現主控芯片和實際操作裝置的數據無 障 礙 快 速 交 換,實現上位機能夠及時控制操作裝置,而動作裝置也可以實時地將現場狀況傳達給上位機。

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