[发明专利]一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于Linux嵌入式系统的矿井搜救机器人。

背景技术

我国是一个产煤大国，同时煤也是我国主要的能源。我国煤矿数量多，而且规模不一。近年来，矿难时有发生，每年上百次的矿难事故，成千名矿工的死亡，已成为我过社会一个日益严峻的问题。煤矿安全形势刻不容缓。由于灾难发生后煤矿通道狭隘，复杂的矿洞巷道，严重超标的一氧化碳浓度，以及瓦斯爆炸和矿洞再次坍塌等二次灾难，都将给矿难救援带来极大的困难。在煤矿复杂多变的环境下，伤亡往往在顷刻便会发生。而当矿难发生时，大型救援设备通常都无法立即到达。井下存在有毒气体等，都给人工救援带来阻碍。因此，使用能够代替人类执行危险、复杂的矿井搜救任务的机器人，有着其非常重要的现实意义。

发明内容

本发明针对目前国内矿难频发的状况以及国内外的机器人研究现状，提出了一种基于Linux嵌入式的矿井搜救机器人，可有效、智能地执行井下搜救任务，便于矿难发生时被困人员的快速搜救，其采用Linux嵌入式内核构建搜救机器人的控制系统，具有良好的实时性和可靠性，可实现自动搜索、联动搜索、井下多种环境参数检测、灾难现场图像传输、传感器数据融合、机器人井下定位等多种功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明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；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。

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。

所述的车前取景器采用1080P的高清红外夜视摄像头。

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。

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。

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。

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。

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。