一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人制造技術

本發明專利技術涉及一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人，包括機器人下位機檢測系統和上位機移動控制系統。所述機器人下位機檢測系統包括STM32控制器，所述STM32控制器通過電源線和礦井環境信息采集系統、S5PV210處理器、SIM908模塊、電源模塊、SD卡、OpenWrt路由器和時鐘模塊連接。所述S5PV210處理器通過電源線和機器人姿態監測系統和車身驅動系統相連。所述上位機移動控制系統采用Android智能手機，通過開發相應監測系統的應用程序來控制機器人運行和獲取礦井環境信息參數。選用高性能、低功耗的STM32控制器控制系統各模塊之間的數據傳輸，采用具有高性能運算能力的S5PV210處理器能充分發揮其處理數據速度快的特點，提高系統運行效率。

【技術實現步驟摘要】
一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人
本專利技術主要涉及機器人
，特別是一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人。
技術介紹
我國煤炭礦藏豐富，是世界上最大的煤炭生產和消費國，但是我國又是煤礦事故發生率、礦難造成傷亡人數最高的國家。據統計，我國露天煤田只占總儲量不到5%的份額，絕大部分煤田屬于地質結構復雜，含大量瓦斯氣體的地下煤田。在這種特定的條件下，如果發生礦難事故，大型救援設備無法及時到達井下，救援人員無法迅速獲取井下信息，如瓦斯和O2等氣體濃度、是否發生火災或透水、現場溫濕度及被困人員位置等，故不能夠第一時間到達現場營救，致使錯過最佳救援時間，造成更大的人員傷亡。目前，現有的礦井搜救機器人功能較單一，不能準確探測礦井環境和被困人員信息。而且，大多輪式機器人體積、重量大，在事故后較差道路狀況下行走困難。另外，地面信號接收裝置體積普遍較大，不便移動，不利于現場操作。隨著無線網絡的廣泛覆蓋以及智能手機功能日趨強大，本專利技術通過開發手機應用和借助無線通信網絡，通過對履帶式車身的升級和改造，搭載低照度攝像裝置、礦井環境信息采集裝置和通信設備等，能夠順利地進入礦井并采集環境及被困人員信息，從而便于開展搜救工作。
技術實現思路
本專利技術的目的則是為了克服現有技術的不足，設計一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人。為了實現上述目的，本專利技術是通過以下技術方案實現的：本專利技術是一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人，由機器人下位機檢測系統和上位機移動控制系統構成。所述機器人下位機檢測系統包括STM32控制器，所述STM32控制器通過電源線和礦井環境信息采集系統、SIM908模塊、S5PV210處理器、電源模塊、SD卡、OpenWrt路由器和時鐘模塊連接。所述S5PV210處理器通過電源線和機器人姿態監測系統和車身驅動系統相連。進一步，所述礦井環境信息采集系統包括O2濃度傳感器、煙霧濃度傳感器、瓦斯濃度傳感器、溫濕度傳感器和信號調理模塊。所述O2濃度傳感器、煙霧濃度傳感器、瓦斯濃度傳感器、溫濕度傳感器和信號調理模塊輸入端相連，傳感器分別將采集到的井下O2濃度參數、煙霧濃度參數、瓦斯濃度參數、溫濕度參數發送給信號調理模塊，所述信號調理模塊將傳送來的模擬信號進行濾波、放大和偏置處理。所述信號調理模塊輸出端與STM32控制器的A/D模數轉換器對應的GPIO口相連，STM32控制器的A/D模數轉換器能夠將采集到的模擬信號轉換為數字信號。所述STM32控制器采用ADC（模/數轉換）校正算法對采樣過程進行校正，以提高ADC（模/數轉換）的采樣精度。所述STM32控制器將數據進行分析處理后轉存到SD卡，完成礦井環境信息的采集工作。進一步，所述機器人姿態監測系統包括三軸加速度計、指南針模塊和超聲波傳感器。所述三軸加速度計、指南針模塊、超聲波傳感器和S5PV210處理器輸入端相連，分別將傳感器監測到的機器人三軸加速度參數、方向信息和前方有無障礙物信息發送給S5PV210處理器，所述S5PV210處理器利用姿態控制算法對數據進行分析處理，從而通過控制電機驅動模塊，以PWM（脈沖寬度調制）控制方式調節相應直流無刷電機的轉速進而調整機器人姿態。進一步，所述STM32控制器和S5PV210處理器為整個系統的核心。所述STM32控制器為整個系統的控制中心，選用高性能的Cotex-M3內核處理器STM32F103ZET6，控制各模塊之間的運行和通信。所述三星公司的S5PV210處理器為系統控制算法運算中心，該處理器采用Cotex-A8內核，可實現2000DMIPS的高性能運算能力。進一步，所述OpenWrt路由器與攝像頭通過USB接口連接，OpenWrt路由器將采集到的視頻數據通過編碼轉化為視頻流傳入WiFi信道。上位機通過創建連接獲取視頻流信息，然后通過網絡編程、視頻解碼等將視頻信息轉化為動態圖像，在手機屏幕上顯示。所述OpenWrt路由器刷入了OpenWrt系統。所述OpenWrt路由器和上位機之間通過TCP協議方式實現通信。上位機將控制指令轉換成相對應的數據包，利用WiFi傳輸到OpenWrt路由器上，OpenWrt路由器將數據包發送到TTL串口，所述OpenWrt路由器TTL串口和STM32控制器串口相連，連接方式為：OpenWrt路由器TTL串口的TXD、RXD和GND分別與STM32控制器串口的RXD、TXD和GND連接。所述STM32控制器將接收的數據包轉換為控制指令，控制相應模塊完成動作。同樣地，STM32控制器可以將采集到的礦井環境、車身方位信息轉換成數據包以同樣的方式回傳給上位機，從而能夠實現上位機和下位機之間的數據通信，該通信方式可靠性高且速度快。進一步，所述SIM908模塊用于多功能礦井搜救機器人位置信息的采集及發送，所述SIM908模塊將GPS模塊和GPRS模塊合為一體，利用GPS全球定位系統、LBS基站定位服務和GPRS為監控人員提供準確的定位信息。監控人員通過給移動終端發送短消息請求，所述SIM908模塊中的GPS模塊接收來自GPS衛星的經緯度信息，再傳送給STM32控制器，所述STM32控制器截取定位信息，通過SIM908模塊中的GPRS模塊實時將定位信息發送到上位機。上位機通過短信接收機器人的經緯度信息，完成定位工作。本專利技術采用GPS+LBS的方式定位，GPS與LBS之間靈活轉化，相輔相成，提高了定位的精度，增加了可定位的范圍。進一步，所述車身驅動系統包括電機驅動模塊和履帶式車身，所述電機驅動模塊選用BTN7971B驅動芯片，BTN7960B是一款集成度很高的大電流半橋驅動芯片，抗干擾能力強，以PWM或電平方式控制履帶式車身速度，使用時需2個芯片構成H橋驅動電路。進一步，所述上位機移動控制系統采用Android智能手機，智能手機安裝有監測系統APP應用程序，監測系統的應用程序在Eclipse的開發環境中應用Java語言編寫完成。進一步，所述電源模塊包括鎳鎘電池組、電源變換器和電壓監測傳感器。進一步，所述礦井環境信息采集系統中，O2濃度傳感器采用OCS-3C來檢測采集點的氧氣濃度和流量，瓦斯濃度傳感器選取SM-CH4用來檢測采集點的甲烷含量，煙霧濃度傳感器選用MQ-2來檢測采集點煙霧濃度，溫濕度傳感器選擇DHT11來檢測采集點的溫度和濕度。進一步，所述機器人姿態監測系統中，三軸加速度計選擇MMA7260用來檢測三軸加速度參數，超聲波傳感器選用HC-SR04用來檢測前方有無障礙物，指南針模塊選取IIMC58831用來確定機器人方向信息。進一步，所述時鐘模塊采用DS1302芯片，所述SD卡采用TXS02612芯片。比到已有技術，本專利技術有益效果是：本專利技術通過在履帶式車身上搭載檢測設備實現了對礦井環境信息、被困人員位置的探測，比起已有的礦井搜救機器人，體積小，重量輕，成本低，便于攜帶，采集信息種類多，自動性和可控性高。能夠將采集到的視頻數據、礦井環境信息及機器人定位信息實時回傳。采用STM32系列高性能芯片作為控制器，發揮其自身A/D模數轉換器強大的模數轉換功能，采用S5PV210芯片作為信號處理器利用其運算速度快的特點，使得礦井多功能搜救機器人系統更加高效和完善。礦井搜救人員只需攜帶一部安裝了監控APP的智能And本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人，其特征在于，包括下位機檢測系統和上位機移動控制系統，所述機器人下位機檢測系統包括礦井環境信息采集系統（10）、機器人姿態監測系統（20）、車身驅動系統（30）、SIM908模塊（40）、STM32控制器（50）、S5PV210處理器（60）、電源模塊（70）、OpenWrt路由器（80）、攝像頭（81）、SD卡（82）、時鐘模塊（83），其中：所述STM32控制器（50）通過電源線和礦井環境信息采集系統（10）、SIM908模塊（40）、S5PV210處理器（60）、電源模塊（70）、OpenWrt路由器（80）、SD卡（82）和時鐘模塊（83）連接；所述S5PV210處理器（60）和機器人姿態監測系統（20）、車身驅動系統（30）通過電源線相連；所述礦井環境信息采集系統（10），包括O

【技術特征摘要】
1.一種基于手機客戶端多功能礦井搜救機器人，其特征在于，包括下位機檢測系統和上位機移動控制系統，所述機器人下位機檢測系統包括礦井環境信息采集系統（10）、機器人姿態監測系統（20）、車身驅動系統（30）、SIM908模塊（40）、STM32控制器（50）、S5PV210處理器（60）、電源模塊（70）、OpenWrt路由器（80）、攝像頭（81）、SD卡（82）、時鐘模塊（83），其中：所述STM32控制器（50）通過電源線和礦井環境信息采集系統（10）、SIM908模塊（40）、S5PV210處理器（60）、電源模塊（70）、OpenWrt路由器（80）、SD卡（82）和時鐘模塊（83）連接；所述S5PV210處理器（60）和機器人姿態監測系統（20）、車身驅動系統（30）通過電源線相連；所述礦井環境信息采集系統（10），包括O2濃度傳感器（11）、瓦斯濃度傳感器（12）、煙霧濃度傳感器（13）、溫濕度傳感器（14）和信號調理模塊（15），O2濃度傳感器（11）、瓦斯濃度傳感器（12）、煙霧濃度傳感器（13）、溫濕度傳感器（14）和信號調理模塊（15）輸入端相連，所述信號調理模塊（15）輸出端與STM32控制器（50）的A/D模數轉換器對應的GPIO口相連，用于礦井環境信息的采集工作；所述機器人姿態監測系統（20）包括指南針模塊（21）、超聲波傳感器（22）和三軸加速度計（23），所述指南針模塊（21）、超聲波傳感器（22）、三軸加速度計（23）和S5PV210處理器（60）相連，所述S5PV210處理器（60）通過姿態控制算法對數據進行分析處理，從而通過控制電機驅動模塊（31），以PWM（脈沖寬度調制）方式調節相應直流無刷電機轉速進而調整機器人運行姿態；所述SIM908模塊（40）和STM32控制器（50）相連，用于機器人的定位工作。2.根據權利要求1所述一種基于手機客戶端多...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳明，倪婷婷，夏令祥，周成，張兆龍，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32