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1、西南科技大学城市学院西南科技大学城市学院 论论文（文（设计设计） ） 论文题目: 基于移动灭火机器人的研究与设计 系 别: 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名: 指导教师: 基于移动灭火机器人的研究与设计基于移动灭火机器人的研究与设计 摘要：随着社会与国家的发展,在经济迅速增长的同时,各种危险场所不可避免的火灾频 繁出现,给社会安全造成了很多隐患，于是现代火灾及时补救已成为迫在眉睫需要解决 的问题,救火早一刻就少一分损失，消防救援人员固然速度已经很快,但也需要一段不小 的时间,而且进入救火现场还有生命危险的可能,于是消防机器人的理念诞生了，笨设计 主要就是针对消防机器人的制作与研究,小车以
2、AT89S5单片机为控制核心,加以电源 电路、电机驱动、光电传感电路、火焰检测电路、灭火风扇以及其它电路构成。电源 电路提供系统所需的工作电源,专用电机驱动芯片驱动电机控制小车的前进后退以及转 向，光电对管完成寻迹和避障，光敏电阻传感器检测火焰,灭火风扇进行灭火。本设计 制作的消防小车具有简易灭火功能,达到了实现现场灭火的目的,设计较好地完成了课题 目标。 关键词：传感器;灭火机器人；直流电机；寻迹 Thesiof Dual Seril erverBased o C034 AbstracAbstrac：Withhe ocia ad aional deeopet， pid ecooic roth
3、, theinevitabe firs a vrit of daeos paces frequnt, o the Scial Seiy cated lt of hdden ners， s the moder fie remediein m, has ecome uret needt address pole, te fre eary th momtooss onhe Shaoyi Fn, fie esupersne of cuse,peed hsbeen f, b talso eed a ig ie, and nter here sene heres the posity of lie-the
4、atein， owaborn te ont f fire-fihting rob, stupid design i maiy fo the pcn offire-ihtng rbo nd search, ar in ode toT9S2 mcrocontroller to conrlth cre, To powrsuppl ciruits， mor drives,phtoelcric sensorciruit, the lame dttion cruit, ire a，and otercirui. Powe ircuit to prid h nerworkin owersupply syste
5、m, pelurposmotrriver chipdrives ar frwardbackward moto control， s wel as eering， phtoelectc trcing te cmpltion o tetb and avoiobstacles, ndphotsnitiv resancsensor dtcts flme, e-fighting fansput ou e fr. Th desgnoucd siplca fie extingusig apbilitis t achieve the ealizatio f onsit ire-fighting puposes
6、， thedesi oal o etr ay tcmple tas. Kyword：sr; firexinuishig ot; DC otr; trcin 第章绪论 . 机器人产生的背景1 1.2 机器人技术发展现状.2 121 机器人的发展2 1.2 灭火机器人2 .3 本文的主要内容及组织 第 2 章 整体方案设计及背景知识 .1 整体方案设 计.4 22 硬件实现方 案.5 22.1 MCU 的选 择. 2.2 电机的选择 22 传感器的选择5 2.2. 火焰传感器的选择5 2.2.2. 避障传感器的选择5 .2.3 硬件总体设计方案.7 2. 软件实现方案7 第 3 章 系统硬件电路设
7、计 3.1 电源电路14 .2 微控制器模块设计14 3.21 ATmega128 单片机介绍 3.2.2 ATmeg28 单片机最小系统电路 .3 电机驱动电路的设计15 3.4 寻线电路的设计15 3.5 火焰检测电路的设计17 .6 声音警报与灭火0 . 灭火驱动电路. 3.6. 声音警报电路 3.7 本章小结. 第 4 章 软件的实现 .1 软件开发平台介绍2 4.2 主程序流程图4 4.3 寻线程序流程图.25 4.4 灭火程序流程图.26 .5 本章小结2 第一章第一章绪论绪论 1.11.1机器人产生的背景机器人产生的背景 首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说
8、是一个科学技术 发展共同的一个综合性的结果,也同时,为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科 学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本 国的经济的发展。 另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果,也是人类自身发展的必然结果,那么人 类的发展随着人们这种社会发展的情况,人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然 过程中，认识自然过程中,实现人们对不可达世界的认识和改造,这也是人们在科技发 展过程中的一个客观需要。 那么什么是机器人呢?人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电 子装置,或者叫自动化装置,它仍然是个机器，它有三个特点,一个是有类人的功能
9、，比 如说作业功能,感知功能，行走功能,还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的 编程能自动的工作，这里一个显著的特点,就是它可以编程，改变它的工作、动作、工 作的对象,和工作的一些要求,它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远 的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够 感知环境,能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人 提出来更高层次的要求，展望 21 世纪,机器人将是一个与 2世纪计算机的普及一样， 会深入地应用到各个领域,在1 世纪的前 20 年是机器人从制造业走向非制造业的发展 一个重要时期,也是智能机器人发展的一个
10、关键时期。 刚才我们用了短暂的时间,讲了机器人的发展以及我们对机器人的看法，进行了简 单地介绍,相信大家在今后的学习中，能够加入到我们研究机器人这个行列中。 1.21.2 机器人技术发展及现状机器人技术发展及现状 1 12 21 1 机器人的发展机器人的发展 机器人技术的发展,它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果,同时， 为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术,它的发展归功于在第二次世界大 战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。比如说日本，战后以后开 始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大 批量的制造，提高生产效率降低人的劳
11、动强度，这是从社会发展需求本身的一个需求。 另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么 人类的发展随着人们逐渐的这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中， 在改造自然过程中,认识自然过程中，来需求能够解放人的一种奴隶。那么这种奴隶就 是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造， 这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。但另一方面，尽管人们有各种各样的 好的想法,但是它也归功于电子技术,计算机技术以及制造技术等相关技术的发展而产 生了提供了强大的技术保证。 那么机器人怎么产生的呢?这是在92年,有一个捷克斯洛伐克的一个作家
12、叫卡佩 克，他写了一本科幻小说,叫罗萨姆的机器人万能公司。这本小说中他构思了一个 和幻想了一个机器人，它的名字叫罗伯特，也就是我们英文中的 Robt,它可以不吃饭,它 能够不知疲劳的，不知疲倦地进行工作。在 120 年前后，大家也知道是在第一次世 界大战以后,是各国工业发展比较迅速的时期，我们看到电影摩登时代，卓别林主 演的人变成了机器人，在生产线中天天的进行劳动。人们在这种烦躁的体力劳动中就 幻想有一种能代替人完成这样工作的想像、一种需要,这个小说在 194 年和 1927 年 的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家,还变成了一种当时的木偶剧和一些话剧, 所以这样的一个机器人的名词就向全世界
13、铺展开来,当时人们还认为是一个科幻小说， 还没有把它跟我们日常的学习工作和生产结合起来。 在 20 世纪0 年代到 20 世纪 80 年代初期,工业机器人变成产品以后,得到全世界 的普遍应用以后，那么很多研究机构开始研究第二代具有感知功能的机器人,出现了瑞 典的 AB 公司,德国的 KKA 机器人公司,日本几家公司和日本的 FUAC 公司,都在工 业机器人方面都有很大的作为,同时我们也看到机器人的应用在不断拓宽,它已经从工 业上的一些应用,扩展到了服务行业,扩展了它的作业空间，向海洋空间和服务医疗等 等行业的使用。所以从这张图可以看出机器人发展的几个过程。 那么总结一下，我们认为,机器人有三个
14、发展阶段,那么也就是说，我们习惯于把机 器人分成三类，一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人，它是通过一个计 算机，来控制一个多自由度的一个机械,通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取 出来,然后发出指令,这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种 动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后,它总是重复这 样一种工作,它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在,焊 的好与坏,它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷,因此, 在 20 世纪 70 年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感 觉
15、的机器人是类似人在某种功能的感觉,比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进 行相类比，有了各种各样的感觉,比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大 小能感觉出来,它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。抓一个鸡 蛋,它能通过一个触觉,知道它的力的大小和滑动的情况。 那么第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段,叫智 能机器人，那么只要告诉它做什么,不用告诉它怎么去做,它就能完成运动，感知思维 和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智 能的概念和含义,但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我 们不断的
16、科学技术的发展,智能的概念越来越丰富,它内涵越来越宽。 那么从三代机器人发展过程中,从另一个方面，我们对机器人从应用的角度进行了 分类，比如说工业机器人，它包括点焊、弧焊、喷漆、搬运、码垛,在工业现场中工作 的这种机器人，我们统称为工业机器人,那么从不同的应用中，到水下去作业的叫水下 机器人，到空间作业的叫空间机器人,同时又存在农业、林业、牧业,对医疗机器人叫 医用机器人，还包括娱乐机器人,建筑和居室上用的机器人，所以从应用分类,它包括 从行业、应用角度，也可以进行这样简单的分类。 .2.2.2.2 灭火机器人的发展灭火机器人的发展 近几十年中，大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现。由于这些建筑 的特殊性,发生火灾时,不能快速高效的灭火。为了解决这一问题，尽快救助火灾中的受 害者，最大限度的保证消防人员的安全,消防机器人研究被提到了议事日程。而机器人 技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的保证,使得消防机器人应运而生。 从二十世纪八十年代开始，世界许多国家都进行了消防机器人的研究。美国和苏 联最早进行消防机器人的研究,而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了消防机器人 的研究
