基于基于STM32单片机的智能消防机器人的设计与应用单片机的智能消防机器人的设计与应用
面对日益严峻的消防安全问题,设计出一种基于STM32F407单片机的集消防、侦察监测、数据采集、图像传输
等多功能于一体的智能消防机器人。根据实际应用的要求,完成了消防机器人的机械结构、控制系统硬件和软
件设计。经测试得出机器人具有功能多、智能化强、实用性强、运行稳定等特点。
0 引言引言
随着工业4.0的时代到来,各国工业又将迎来飞速发展的时代,消防机器人被《机器人产业发展规划(2016-2020)》列为
十大标志性产品。由于机器人本身的智能性和灵活性,越来越多地被用到实际生活当中
[1]
。特别是在面对无情的火灾时,消防
官兵无法预测火灾事故现场情况,面对易燃易爆、易塌陷、化学腐蚀、有毒气体等不明情况时,贸然进入火灾现场,会很容易
给消防官兵的人身安全带来无谓的伤亡
[2]
。目前,国际上尤其以美国和日本为主,先后研制出具有侦察功能的消防机器人
Pandor移动机器人和Guardrobo D1等5种消防机器人
[3]
,国内智能消防机器人的研制更是刚刚起步。然而,现有的消防机器人
虽然在硬件和软件上的开发日趋完善,但还是存在一些缺点,如功能化单一、自主智能化差。
迫于实际应用的需求,本文设计了一种集灭火、冷却、行走、侦察监测、爬坡跨障、数据采集、图像传输等多功能于一体
的智能消防机器人
[4]
。
1 系统概述系统概述
本文根据实际应用的要求,设计出一种车体灵巧、操作便捷、人机互动性优越的智能消防机器人。机器人采
用STM32F407芯片作为主芯片以满足多功能任务处理。机器人外接温度、气体、水压和超声波等传感器以及陀螺仪,用来采
集火场周围及车体姿态的相关数据,控制传输采用最新的433 MHz数字通信模块
[5]
。在车体内部安装前、后、高清、热成像4
路摄像机进行视频显示切换和传输,采用7寸分辨率1080×1024高清高亮HDMI接口显示,无线图传使用了高清(HDMI)图传
模块,使4路摄像在后台遥控器上清晰显示并能实时录制。车体设计自喷淋系统,可以在工作时自行降温,保护车体内部零件
不受损坏。
消防机器人由车体、人机互动界面、感知系统、运动系统、传感器检测系统和上、下位通信系统组成
[6]
,其工作原理如图1
所示。操作人员通过人机互动界面来根据火灾现场情况做出相应的操作。
2 机械结构设计机械结构设计
根据实际应用的需求,消防机器人的车体结构设计考虑既应该满足在平地上行驶,又可以在积水、斜坡、楼梯等复杂环境
下安全行驶, 消防机器人还应结合一些特殊的功能:能够在积水、洼区中正常行驶,能够爬坡跨障,可以进行原地360°旋转
等。综合以上所有技术要求,本设计车体结构优选履带式结构。结构如图2所示。