一種自動滅火機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種自動滅火機(jī)器人，包括機(jī)器人和滅火裝置，機(jī)器人包括小車本體，小車本體包括車架、承載車架的車輪組件、為車輪組件提供前進(jìn)動力的前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)以及為車輪組件提供轉(zhuǎn)向動力的方向舵機(jī)，滅火裝置設(shè)置在車架上，自動滅火機(jī)器人還包括自動控制裝置，自動控制裝置包括電源模塊、溫度傳感器、超聲波傳感器、微控制器以及驅(qū)動板，超聲波傳感器設(shè)置在小車本體上，驅(qū)動板的輸出端電連接前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、方向舵機(jī)以及滅火裝置。本實(shí)用新型公開的自動滅火機(jī)器人給消防人員在參與救援帶來了極大的幫助，尤其是在危險(xiǎn)性極大以及消防人員不易接近的地方，智能滅火機(jī)器人就起到了很大的作用。
【專利說明】
一種自動滅火機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及消防領(lǐng)域，具體涉及一種滅火機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、信息傳感技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)械制造等多個(gè)學(xué)科形成的一門高新技術(shù)學(xué)科，在當(dāng)代的研究領(lǐng)域十分活躍。如今，機(jī)器人的研究應(yīng)用情況，標(biāo)志著一個(gè)國家的自動化發(fā)展水平。
[0003]近年來，由于許多高樓、倉庫、地下建筑等建筑材料的特殊性，極易發(fā)生火災(zāi)，且一旦發(fā)生火災(zāi)，給參與救火的消防人員的人身安全帶來極大的威脅。智能滅火機(jī)器人就給消防人員在參與救援帶來了極大的幫助，尤其是在危險(xiǎn)性極大以及消防人員不易接近的地方，智能滅火機(jī)器人就起到了很大的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)警情，并進(jìn)行初步自行滅火防止火勢進(jìn)一步擴(kuò)大的自動滅火機(jī)器人。
[0005]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種自動滅火機(jī)器人，包括機(jī)器人和由所述機(jī)器人攜帶的滅火裝置，所述機(jī)器人包括小車本體，所述小車本體包括車架、承載所述車架的車輪組件、為所述車輪組件提供前進(jìn)動力的前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)以及為所述車輪組件提供轉(zhuǎn)向動力的方向舵機(jī)，所述滅火裝置設(shè)置在所述車架上，所述自動滅火機(jī)器人還包括自動控制裝置，所述自動控制裝置包括電源模塊、溫度傳感器、超聲波傳感器、分別與所述溫度傳感器的輸出端和所述超聲波傳感器的輸出端電連接的微控制器以及與所述微控制器的輸出端電連接的驅(qū)動板，所述超聲波傳感器設(shè)置在所述小車本體上，所述驅(qū)動板的輸出端電連接所述前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、所述方向舵機(jī)以及所述滅火裝置。
[0006]優(yōu)選的，所述溫度傳感器設(shè)置在小車本體上或需要防火的位置點(diǎn)。
[0007]優(yōu)選的，所述自動發(fā)滅火機(jī)器人還包括報(bào)警器，所述報(bào)警器電連接在所述驅(qū)動板的輸出端。
[0008]優(yōu)選的，所述車輪組件包括四個(gè)車輪裝置，每個(gè)所述車輪裝置包括第一輸出軸、連接支架、第二輸出軸以及輪胎，所述第一輸出軸豎向設(shè)置，所述第一輸出軸的上端與所述車架轉(zhuǎn)動連接，所述連接支架固定連接在所述第一輸出軸的下端，所述第二輸出軸水平設(shè)置，所述第二輸出軸可轉(zhuǎn)動的連接在所述連接支架上，所述輪胎安裝在所述第二輸出軸上并且位于所述連接支架的下方，所述方向舵機(jī)安裝在所述車架上并且驅(qū)動連接所述第一輸出軸，所述前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)安裝在所述連接支架上并且驅(qū)動連接所述第二輸出軸。
[0009]優(yōu)選的，所述方向舵機(jī)包括轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)、減速齒輪組、電位器、電機(jī)控制板以及殼體，所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)安裝在所述車架上并且通過所述減速齒輪組傳動連接所述第一輸出軸，所述電位器電連接所述電機(jī)控制板的輸入端，所述電機(jī)控制板的輸出端電連接所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)。[00?0]優(yōu)選的，所述微控制器采用Arduino單片機(jī)，所述Arduino單片機(jī)的核心為ATmega328P 芯片。
[0011]優(yōu)選的，所述驅(qū)動板采用L293D擴(kuò)展板芯片，所述L293D擴(kuò)展板芯片接收PffM信號來控制所述小車本體的速度，起步以及停止。
[0012]優(yōu)選的，所述電源模塊采用7.2V 2000mAh N1-Cd蓄電池，其中7.2 V供所述行走驅(qū)動電機(jī)使用，6 V供所述方向舵機(jī)使用，5 V供所述微控制器和所述溫度傳感器使用，3V供所述超聲波感器使用，各種所需電源均從7.2 V經(jīng)電源轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換得到。
[0013]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)通過設(shè)置行走驅(qū)動電機(jī)和方向舵機(jī)，小車本體能夠自由的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。
[0015](2)通過設(shè)置超聲波傳感器，小車本體在行走的過程中，能夠識別周圍的障礙物并進(jìn)行相應(yīng)的處理，以達(dá)到避障功能。
[0016](3)通過在需要防火的地點(diǎn)設(shè)置溫度傳感器，或者小車本體在行走的過程中，利用傳感器對周圍的環(huán)境進(jìn)行觀察，對捕獲的信息進(jìn)行分析，以判斷火源的存在。
[0017](4)通過設(shè)置滅火裝置和報(bào)警裝置，一旦機(jī)器人發(fā)現(xiàn)火源，就會觸發(fā)裝置報(bào)警，并且自動用其攜帶的相應(yīng)的滅火劑進(jìn)行滅火。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型公開的自動滅火機(jī)器人的前視圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型公開的自動滅火機(jī)器人的側(cè)視圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型公開的自動滅火機(jī)器人的工作原理方框圖。
[0021]其中，100、滅火裝置;210、車架；221、第一輸出軸；222、連接支架；223、第二輸出軸;224、輪胎。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0023]實(shí)施例一:參見圖1至圖3所不，如其中的圖例所不，一種自動滅火機(jī)器人，包括滅火裝置100、機(jī)器人以及自動控制裝置。
[0024]該機(jī)器人包括小車本體，上述小車本體包括車架210、承載車架210的車輪組件、為上述車輪組件提供前進(jìn)動力的前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)(圖中未視出)以及為上述車輪組件提供轉(zhuǎn)向動力的方向舵機(jī)(圖中未視出)，上述車輪組件包括四個(gè)車輪裝置，每個(gè)車輪裝置包括第一輸出軸221、連接支架222、第二輸出軸223以及輪胎224，第一輸出軸221豎向設(shè)置，第一輸出軸221的上端與車架210轉(zhuǎn)動連接，連接支架222固定連接在第一輸出軸221的下端，第二輸出軸223水平設(shè)置，第二輸出軸223可轉(zhuǎn)動的連接在連接支架222上，輪胎224安裝在第二輸出軸223上并且位于連接支架222的下方，上述方向舵機(jī)安裝在所車架210上并且驅(qū)動連接第一輸出軸221，上述前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)安裝在連接支架210上并且驅(qū)動連接第二輸出軸223。
[0025]滅火裝置100設(shè)置在車架210上，
[0026]上述自動控制裝置包括電源模塊、溫度傳感器、超聲波傳感器、分別與溫度傳感器的輸出端和超聲波傳感器的輸出端電連接的微控制器以及分別與微控制器的輸出端電連接的驅(qū)動板，上述溫度傳感器和超聲波傳感器設(shè)置在小車本體上，上述驅(qū)動板的輸出端電連接上述前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、上述方向舵機(jī)以及滅火裝置100。
[0027]為了防止火勢無法控制，上述自動發(fā)滅火機(jī)器人還包括報(bào)警器，上述報(bào)警器電連接在上述驅(qū)動板的輸出端。
[0028]上述小車本體采用四輪驅(qū)動，每個(gè)輪子配備一個(gè)電機(jī)驅(qū)動。
[0029]上述方向舵機(jī)包括轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)、減速齒輪組、電位器、電機(jī)控制板以及殼體，上述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)安裝在車架210上并且通過上述減速齒輪組傳動連接第一輸出軸221，上述電位器電連接上述電機(jī)控制板的輸入端，上述電機(jī)控制板的輸出端電連接上述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)。
[0030]電機(jī)控制板主要是用來驅(qū)動電機(jī)和接受電位器反饋回來的信息。電機(jī)是動力的來源，電位器這里的作用主要是通過其旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的電阻的變化，把信號發(fā)送回電機(jī)控制板，使其判斷輸出軸角度是否輸出正確。齒輪組的作用主要是力量的放大，使小功率電機(jī)產(chǎn)生大扭矩。
[0031]本申請中的方向舵機(jī)采用輝創(chuàng)SG90舵機(jī)，其參數(shù)如下:
[0032]型號:SG90
[0033]尺寸:21.5臟父11.8臟父22.7臟
[0034]重量:9克
[0035]無負(fù)載速度:0.12秒/60度(4.8V)
[0036]堵轉(zhuǎn)扭矩:1.2-1.4公斤/厘米(4.8V)
[0037]使用溫度:-30到+60攝氏度
[0038]死區(qū)設(shè)定:7微秒
[0039]工作電壓:4.8V_6V
[0040]舵機(jī)只有3個(gè)PIN正極，負(fù)極，和信號。三個(gè)線分別用不同顏色，橙紅褐橙一一信號，紅正極褐負(fù)極。
[0041]超聲波傳感器(Ultrasonic Sensor)，它是測距常用模塊，普通的超聲波傳感器測距范圍大約是2cm到3-5m。傳感器模塊的工作原理大致是這樣的:
[0042]模塊收到1us以上的高電平脈沖觸發(fā)信號;模塊自動發(fā)送8個(gè)40KHz的方波并檢測回波；若有回波信號返回，通過1輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間.測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340m/s))/2。常見的超聲波傳感器有3腳的，4腳和5腳的:3腳的比如Parallax的PING)))，三腳分別是5v電源腳(5V)，I/O信號端(SIG)，地端(GND)。4腳的比如HC-SR04，四個(gè)腳分別是5v電源腳(Vcc)，觸發(fā)控制端(Trig)，接收端(Echo )，地端(GND)。5腳的比4腳的多出一個(gè)OUT腳，是防盜模塊時(shí)的開關(guān)量輸出腳，測距模塊不用此腳。本申請這里采用HC-SR04四角的模塊。
[0043]電源模塊為系統(tǒng)其他各個(gè)模塊提供可靠的工作電壓，設(shè)計(jì)中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等?；緟?shù)之外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、降低噪聲、防止干擾等方面進(jìn)行優(yōu)化。可靠的電源方案是整個(gè)硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。7.2V 2000mAh N1-Cd蓄電池，其中7.2 V供驅(qū)動電機(jī)使用，6 V供舵機(jī)使用，5 V供控制芯片和速度傳感器使用，3 V供超聲波感器使用。各種所需電源均從7.2 V經(jīng)電源轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換得到。
[0044]上述微控制器采用Arduino單片機(jī)，上述Arduino單片機(jī)的核心為ATmega328P芯片。這里采用Arduino單片機(jī)來做主控模塊，其核心是ATmega328P芯片。此單片機(jī)主要負(fù)責(zé)傳感器的狀態(tài)并控制4輪的直流電機(jī)和舵機(jī)，同時(shí)完成對4輪電機(jī)的PWM調(diào)速任務(wù)以及舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度。在所編寫的程序基礎(chǔ)上，給予電機(jī)與舵機(jī)控制信號，根據(jù)道路情況自動調(diào)整轉(zhuǎn)速與方向。
[0045]Arduino是一個(gè)能夠用來感應(yīng)和控制現(xiàn)實(shí)物理世界的一套工具，它由一個(gè)基于單片機(jī)并且開放源碼的硬件平臺，和一套為Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成，Arduino可以用來開發(fā)交互產(chǎn)品，比如它可以讀取大量的開關(guān)和傳感器信號，并且可以控制各式各樣的電燈、電機(jī)和其他物理設(shè)備C3Arduino項(xiàng)目可以是單獨(dú)的，也可以在運(yùn)行時(shí)和你電腦中運(yùn)行的程序(例如:Flash ,Processing)進(jìn)行通訊。Arduino板你可以選擇自己去手動組裝或是購買已經(jīng)組裝好的;Arduino開源的IDE可以免費(fèi)下載得到。Arduino的編程語言就像似在對一個(gè)類似于物理的計(jì)算平臺進(jìn)行相應(yīng)的連線，它基于處理多媒體的編程環(huán)境。
[0046]Arduino單片機(jī)的性能如下:
[0047]主頻16M
[0048]flash 32 kB
[0049]EEPROM Ikb
[0050]SRAM 2kb
[0051]Digital I/O 數(shù)字輸入/輸出端口0—13。
[0052]Analog I/O模擬輸入/輸出端口 0-5。
[0053]支持103?下載，支持了乂/1?。
[0054 ]輸入電壓:USB接口供電或者5 V-12 V外部電源供電。
[0055]輸出電壓:支持3.3V級5V DC輸出。
[0056]處理器:使用Atmel Atmegal68 328處理器，因其支持者眾多，已有公司開發(fā)出來32位的MQJ平臺支持Arduino。
[0057]上述驅(qū)動板采用采用L293D擴(kuò)展板芯片，小車本體前進(jìn)的動力是通過直流電機(jī)來驅(qū)動的。這里直接用單片機(jī)的PWM驅(qū)動直流電機(jī)，電流太小。所以采用L293D擴(kuò)展板驅(qū)動模塊。通過單片機(jī)給予L293D芯片PffM信號來控制小車的速度，起步，停止。
[0058]L293D驅(qū)動板原理
[0059]Pmi控制電機(jī)速度是通過高速地開關(guān)三極管實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制，占空比(打開時(shí)間:關(guān)閉時(shí)間)決定輸出給電機(jī)的能量份額。
[0060]L293D是一款常用的直流電機(jī)驅(qū)動模塊，采用293D芯片小電流直流電機(jī)驅(qū)動芯片，管腳被做成了Arduino兼容的，也方便了愛好者快速的基于Arduino的開發(fā)。
[0061]2個(gè)5V伺服電機(jī)端口聯(lián)接到Arduino的高解析高精度的定時(shí)器-無抖動！
[0062]多達(dá)4個(gè)雙向DC電機(jī)各自帶有8位速度選擇(大約0.5%的解析度)
[0063]多達(dá)2個(gè)步進(jìn)電機(jī)(單極或雙極)單線圈，雙線圈，交錯(cuò)或微步。
[0064]4路H-橋:L293D芯片每路橋提供.0.6A(峰值1.2A)電流并且?guī)в袩釘嚯姳Ｗo(hù)，4.5V to 36V。
[0065]端口定義:
[0066]數(shù)字端口 11:直流電機(jī)#1/步進(jìn)#1(PWM)
[0067]數(shù)字端口 3:直流電機(jī)#2/步進(jìn)#1(PWM)
[0068]數(shù)字端口 5:直流電機(jī)#3/步進(jìn)#2(PWM)
[0069]數(shù)字端口 6:直流電機(jī)#4/步進(jìn)#2(PWM)
[0070]當(dāng)使用任何直流或者步進(jìn)電機(jī)時(shí)數(shù)字端口4，7，8和12被占用，通過74HC595(串轉(zhuǎn)并)鎖存器來控制直流或者步進(jìn)電機(jī)。
[0071]數(shù)字端口 9:舵機(jī)控制#1
[0072]數(shù)字端口 10:舵機(jī)控制#2
[0073]L293D驅(qū)動芯片管腳介紹，
[0074]速度控制，使用Arduino模擬輸出引腳，將產(chǎn)生PffM信號連接至ljL293D的使能引腳。
[0075]方向控制，使用Arduino的數(shù)字輸出引腳，將產(chǎn)生的數(shù)字信號連接到L293D的A/B兩個(gè)方向引腳。
[0076]正轉(zhuǎn):A為高，B為低反轉(zhuǎn):A為低，B為高制動:AB同時(shí)為高或者低。
[0077]將超聲波感應(yīng)器和方向舵機(jī)裝在車架210車頭部分，方向舵機(jī)旋轉(zhuǎn)0-180度，默認(rèn)前方是90度，當(dāng)超聲波感應(yīng)器探測到前方障礙物，控制4個(gè)車輪做出相應(yīng)的動作。
[0078]實(shí)施例二:其余與實(shí)施例一相同，不同之處在于，上述溫度傳感器設(shè)置在需要防火的位置點(diǎn)，一旦需要防火的位置點(diǎn)溫度異常，自動滅火機(jī)器人能夠及時(shí)感知到，并到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行滅火。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自動滅火機(jī)器人，包括機(jī)器人和由所述機(jī)器人攜帶的滅火裝置，其特征在于，所述機(jī)器人包括小車本體，所述小車本體包括車架、承載所述車架的車輪組件、為所述車輪組件提供前進(jìn)動力的前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)以及為所述車輪組件提供轉(zhuǎn)向動力的方向舵機(jī)，所述滅火裝置設(shè)置在所述車架上，所述自動滅火機(jī)器人還包括自動控制裝置，所述自動控制裝置包括電源模塊、溫度傳感器、超聲波傳感器、分別與所述溫度傳感器的輸出端和所述超聲波傳感器的輸出端電連接的微控制器以及與所述微控制器的輸出端電連接的驅(qū)動板，所述超聲波傳感器設(shè)置在所述小車本體上，所述驅(qū)動板的輸出端電連接所述前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、所述方向舵機(jī)以及所述滅火裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動滅火機(jī)器人，其特征在于，所述溫度傳感器設(shè)置在小車本體上或需要防火的位置點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動滅火機(jī)器人，其特征在于，所述自動發(fā)滅火機(jī)器人還包括報(bào)警器，所述報(bào)警器電連接在所述驅(qū)動板的輸出端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動滅火機(jī)器人，其特征在于，所述車輪組件包括四個(gè)車輪裝置，每個(gè)所述車輪裝置包括第一輸出軸、連接支架、第二輸出軸以及輪胎，所述第一輸出軸豎向設(shè)置，所述第一輸出軸的上端與所述車架轉(zhuǎn)動連接，所述連接支架固定連接在所述第一輸出軸的下端，所述第二輸出軸水平設(shè)置，所述第二輸出軸可轉(zhuǎn)動的連接在所述連接支架上，所述輪胎安裝在所述第二輸出軸上并且位于所述連接支架的下方，所述方向舵機(jī)安裝在所述車架上并且驅(qū)動連接所述第一輸出軸，所述前進(jìn)驅(qū)動電機(jī)安裝在所述連接支架上并且驅(qū)動連接所述第二輸出軸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動滅火機(jī)器人，其特征在于，所述方向舵機(jī)包括轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)、減速齒輪組、電位器、電機(jī)控制板以及殼體，所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)安裝在所述車架上并且通過所述減速齒輪組傳動連接所述第一輸出軸，所述電位器電連接所述電機(jī)控制板的輸入端，所述電機(jī)控制板的輸出端電連接所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動滅火機(jī)器人，其特征在于，所述微控制器采用Arduino單片機(jī)，所述Arduino單片機(jī)的核心為ATmega328P芯片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動滅火機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動板采用L293D擴(kuò)展板芯片，所述L293D擴(kuò)展板芯片接收PffM信號來控制所述小車本體的速度，起步以及停止。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動滅火機(jī)器人，其特征在于，所述電源模塊采用7.2V2000mAh N1-Cd蓄電池，其中7.2 V供所述行走驅(qū)動電機(jī)使用，6 V供所述方向舵機(jī)使用，5V供所述微控制器和所述溫度傳感器使用，3 V供所述超聲波感器使用，各種所需電源均從7.2 V經(jīng)電源轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換得到。
【文檔編號】A62C37/00GK205460593SQ201620175334
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】高超禹, 朱斐, 吳秉慧, 徐嘉歡
【申請人】蘇州大學(xué)