[发明专利]一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人

权利要求书

1.一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，包括搭载多种传感器的搜救机器人本体、外围设备、控制运动状态及速度的搜救机器人动力系统和用于定位及组网的搜救机器人无线通信模块，其特征在于：所述的搜救机器人本体包括底仓、中仓和上仓；所述的中仓内设有电源模块、控制外围设备及实现搜救算法的控制核心；所述的上仓内设有实时检测井下环境的井下环境信息检测系统和无线传感器模块；所述的外围设备包括机械臂、车前取景器和雷达；所述的机械臂为六自由度机械臂，安装在上仓顶部；所述的车前取景器安装在上仓的前部，可调节视角；两个雷达安装在底仓的前侧外部。

2.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的底仓包括底仓侧挡板、底仓前后挡板和底盘；所述的底仓侧挡板为左右两块，与底盘之间均通过螺母连接，与底仓前后挡板通过连接件连接；所述的连接件为两片相互垂直的钢片焊接而成。

3.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的车前取景器采用1080P的高清红外夜视摄像头。

4.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的雷达确定被测距离S的计算公式如下：

V＝331.5+0.607T

S=V×t2=V(t1-t0)2]]>

式中，V为超声波在空气中的传播速度、T为环境温度、S为被测距离、t为雷达发射超声波脉冲与接收脉冲回波的时间差、t₁为脉冲回波接收时刻、t₀为超声波脉冲发射时刻。

5.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的机械臂包括基座、后臂、前臂、机械腕和机械爪；所述的基座与上仓构成转动副；第一舵机与上仓固定，并驱动基座旋转；第二舵机与基座固定，并驱动后臂；第三舵机与后臂固定，并驱动前臂；第四舵机与前臂固定，并驱动机械腕；第五舵机与机械腕固定，并驱动机械爪；所述机械爪的两个关节通过第六舵机实现关合。

6.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的搜救机器人动力系统包括轮胎、电机和电机驱动板；所述的电机驱动板有两块，一块驱动板驱动两个电机，所述的电机驱动板为AQMH2407ND双路隔离直流电机驱动模块；所述的轮胎为越野轮胎；所述的电机为冯哈伯12V空心杯行星齿轮减速电机；电机与底仓固定；电机上带有编码器；电机的输出轴通过联轴器与轮胎的转轴连接；所述的轴联器通过固紧螺丝卡紧电机的输出轴，通过花键与轮胎的转轴配合。

7.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的搜救机器人无线通信模块包括金属屏蔽盒和ZigBee电路板；所述的ZigBee电路板型号为ZM2410；ZigBee电路板固定在金属屏蔽盒中，ZigBee电路板上连有天线。

8.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的电源模块包括充电头、电源和电源转换模块；所述的控制核心为基于ARM920T架构的S3C2410处理器。

9.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：所述的无线传感器模块包括M2301湿度传感器、MQ2烟雾传感器、BIS0001热释电红外传感器。

10.根据权利要求1所述的一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人，其特征在于：采用的控制系统软件平台包括系统应用层、系统内核层及系统硬件层；所述的系统应用层包括无线通讯程序、运动控制程序、信号采集程序、图像处理程序、算法控制程序和联动组网程序；所述的系统内核层包括无线通信驱动、机械臂驱动和电机控制驱动；所述的系统硬件层包括嵌入式处理器、总线接口及外围存储设备；所述的系统硬件层提供控制核心及其外围芯片的底层函数支持；

系统应用层的各个程序设计思路如下：

无线通讯程序与ZigBee模块之间通过串口传输数据，初始化设置无线通信程序，需将通信协议设置为802.11g通讯协议；无线通信程序配置完毕后，便实时与上位机保持通讯，传输数据；

运动控制程序进入系统后需初始化电机驱动模块，初始化完毕后，Linux操作系统实时读取电机编码器的值，控制核心对当前环境参数信息及搜索算法进行数据融合分析后调整电机运行状态，改变搜救机器人的运动状态；

信号采集程序在无线传感器模块初始化完毕后，便时刻采样传感器值，并将参数信息传递至无线通信程序发送给上位机；

图像处理程序在进入Linux系统后需初始化车前取景器，根据需求配置通讯协议，此后图像处理程序开始工作，将灾难现场的图像实时地传送到无线通讯程序，无线通讯程序再将这些图像信息传送到上位机，上位机通过实时显示现场图像信息；

算法控制程序在初始化算法配置后，便根据现场参数实时调整算法，待上位机发出调整算法命令时，算法控制程序便对新的算法进行初始化配置；

联动组网程序在进入Linux系统后，便一直等待上位机发出组网命令，待接收到组网指令后便开始组网；

控制核心上搭载了Linux操作系统；运动控制程序存储在运动控制模块中，无线通讯程序存储在无线通讯模块中，信号采集程序存储在信号采集模块中；控制核心控制运动控制模块、无线通讯模块、机械臂、车前取景器及信号采集模块；无线通讯模块与控制核心通过RS232接口实现通讯；机械臂与控制核心通过RS485接口实现通讯；车前取景器通过RS232接口与控制核心实现通讯；无线传感器模块与信号采集模块通过IIC接口实现通讯。