基于慧鱼系统的无人综合抢险车的设计

谷凤民+居鹣+杨伟荣

摘要：以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种智能机器人识别小车。小车利用传感器进行循迹。控制软件为ROBO Pro，可控制机器人完成一系列复杂动作：如寻找轨迹——沿轨迹行走——识别火源——自动灭火等。

关键词：慧鱼系统；智能机器人；创新设计

引言

慧鱼创意组合模型是由德国发明家Artur Fisher博士于1964年发明的。它具有一般机械所具有的零部件，如齿轮、电机、电气开关等，通过声、光、电和辅助技术的配合，能够模拟各种机械运动和机械设备的自动控制，而且有比较真实的功能。它利用工业标准的基本构件（机械元件、电气元件、气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实践分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟。

1、基于慧鱼系统的无人综合抢险车的设计

无人综合抢险车系统是一个典型的机电一体化系统。它由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分为驱动系统、机械结构系统、感知系统、智能小车-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统六个子系统。

1.1 无人综合抢险车的功能

无人综合抢险车按功能可分为循迹功能、距离识别功能、火焰识别功能、自动喷水功能。循迹功能可分为寻找轨迹和循迹前进。智能小车主要任务要求为：先寻找轨迹→沿轨迹行走→遇到障碍停止→机械臂伸出寻找火源→喷水装置工作→继续判断火源→停止喷水→机械臂收回。功能分类如图1所示。

1.2 无人综合抢险车的A/D转换

图1功能图

和数字量输入返回1和0值不同，模拟量输入可以分辨连续的输入，所有的模拟量输入返回一个0～1023之间的值。而ROBO接口板有各种不同的模拟量输入接口来测量不同的物理量。具体来说，模拟量输入可以适应用来测量电阻，测量电压和测量距离的不同的传感器。如表1所示。

通常的慧鱼传感器中，温度传感器和光电传感器将被测量转换成电阻值。所以必须将这些传感器接到AX和AY输入端。电压输入端A1和A2设计用来连接所有产生0到10V电压的传感器。在ROBO接口板上没有针对AV输入端的端口，它通常和接口板的电源电压相关联。距离传感器输入端D1和D2可以接到慧鱼特殊传感器，可以测量障碍物的距离。

表1模拟量输入

输入端输入类型测量范围A1,A2电压输入0-1023VAX,AY电阻输入0-5.5KΩD1,D2距离传感器输入Ca.0-50cmAV电源电压0-10图2行走部分运动示意图

2、无人综合抢险车机械部分设计过程

2.1行走部分

由两个9v/2.4w大功率马达带动履带上的两个驱动齿轮旋转，由驱动齿轮和引导齿轮带动履带运动，由于履带较长，中间部位需加支撑轮，如图2所示。

2.2 机械臂部分

无人综合抢险车的机械臂由直流电机控制，当机械臂前端的红外传感器检测到火源，车辆就立刻停止，然后确定火源的准确位置，在机械臂上升的同时，机械臂向前伸出，但与火源保持安全距离，如图3(上升)、图4（伸出）所示。

图3机械臂上升图4机械臂伸出

2.3 喷水装置设计

如图5所示，通过传感器检测火源，将检测信号传送给ROBO控制板，经处理后将信号发送给气泵，气泵给储水罐加压，喷头喷水灭火。灭火结束，传感器将信息传给控制板，控制板控制气泵和电子气阀，将气罐中的高压气体放出，气泵停止工作。

图5喷水装置功能图

2.4 控制板接线

慧鱼智能接口板自带微处理器（如图6），通过串口与计算机相连。在机器人系统中，连接线就是其神经，它将输入、输出原件与主控器连接起来，起着传递信息的作用。为了保证机器人能够正常运行，质量可靠的连接线是必不可少的。为了保证控制面板的整洁美观，也防止散乱的连接线阻碍机器人的正常运动。

图6ROBO控制板接线图

3、自动程序控制的设计

自动控制是通过电脑将编好的程序下载到控制器的微处理器内，它可以脱离计算机独立地处理程序的功能，使机器人在无人的情况下自动运行，也可以到达危险地方进行探测，但在突发情况时不易控制。如图7所示，自动控制程序控制简单，定位准确，灭火精度高。

图7程序图

4、作品

利用慧鱼模块，按照设计思路进行组装，经过调试，产品能完成预定功能，符合预定的设计要求。下面为作品的三维造型图（图8）和实物图（图9）。

图8三维造型图

图9实物图

5、结束语

该设计可以检测到火源并进行喷淋，但目前只是限于慧鱼创意组合的设计阶段，还没有将研究的成果应用于实践中。对应喷水装置可以考虑使用高压水泵来代替，而对火源的检测和灭火装置，由于慧鱼的器材是塑料的，故用灯光代替火源。

［参考文献］

［1］慧鱼ROBO TX CONTROLLER 说明书（7-10页）.

［2］慧鱼创意机器人设计与实践教程（上海交通大学出版社，曲凌 编）（11-13页）.

［3］机械原理（第七版）（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）（13页）.

［4］ROBOpro软件中文手册（7-10页）.

（作者单位：1.宁夏大学机械工程学院, 宁夏银川 750021；2.中国电信集团系统集成宁夏分公司，宁夏 银川 750021）

摘要：以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种智能机器人识别小车。小车利用传感器进行循迹。控制软件为ROBO Pro，可控制机器人完成一系列复杂动作：如寻找轨迹——沿轨迹行走——识别火源——自动灭火等。

关键词：慧鱼系统；智能机器人；创新设计

引言

慧鱼创意组合模型是由德国发明家Artur Fisher博士于1964年发明的。它具有一般机械所具有的零部件，如齿轮、电机、电气开关等，通过声、光、电和辅助技术的配合，能够模拟各种机械运动和机械设备的自动控制，而且有比较真实的功能。它利用工业标准的基本构件（机械元件、电气元件、气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实践分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟。

1、基于慧鱼系统的无人综合抢险车的设计

无人综合抢险车系统是一个典型的机电一体化系统。它由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分为驱动系统、机械结构系统、感知系统、智能小车-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统六个子系统。

1.1 无人综合抢险车的功能

无人综合抢险车按功能可分为循迹功能、距离识别功能、火焰识别功能、自动喷水功能。循迹功能可分为寻找轨迹和循迹前进。智能小车主要任务要求为：先寻找轨迹→沿轨迹行走→遇到障碍停止→机械臂伸出寻找火源→喷水装置工作→继续判断火源→停止喷水→机械臂收回。功能分类如图1所示。

1.2 无人综合抢险车的A/D转换

图1功能图

和数字量输入返回1和0值不同，模拟量输入可以分辨连续的输入，所有的模拟量输入返回一个0～1023之间的值。而ROBO接口板有各种不同的模拟量输入接口来测量不同的物理量。具体来说，模拟量输入可以适应用来测量电阻，测量电压和测量距离的不同的传感器。如表1所示。

通常的慧鱼传感器中，温度传感器和光电传感器将被测量转换成电阻值。所以必须将这些传感器接到AX和AY输入端。电压输入端A1和A2设计用来连接所有产生0到10V电压的传感器。在ROBO接口板上没有针对AV输入端的端口，它通常和接口板的电源电压相关联。距离传感器输入端D1和D2可以接到慧鱼特殊传感器，可以测量障碍物的距离。

表1模拟量输入

输入端输入类型测量范围A1,A2电压输入0-1023VAX,AY电阻输入0-5.5KΩD1,D2距离传感器输入Ca.0-50cmAV电源电压0-10图2行走部分运动示意图

2、无人综合抢险车机械部分设计过程

2.1行走部分

由两个9v/2.4w大功率马达带动履带上的两个驱动齿轮旋转，由驱动齿轮和引导齿轮带动履带运动，由于履带较长，中间部位需加支撑轮，如图2所示。

2.2 机械臂部分

无人综合抢险车的机械臂由直流电机控制，当机械臂前端的红外传感器检测到火源，车辆就立刻停止，然后确定火源的准确位置，在机械臂上升的同时，机械臂向前伸出，但与火源保持安全距离，如图3(上升)、图4（伸出）所示。

图3机械臂上升图4机械臂伸出

2.3 喷水装置设计

如图5所示，通过传感器检测火源，将检测信号传送给ROBO控制板，经处理后将信号发送给气泵，气泵给储水罐加压，喷头喷水灭火。灭火结束，传感器将信息传给控制板，控制板控制气泵和电子气阀，将气罐中的高压气体放出，气泵停止工作。

图5喷水装置功能图

2.4 控制板接线

慧鱼智能接口板自带微处理器（如图6），通过串口与计算机相连。在机器人系统中，连接线就是其神经，它将输入、输出原件与主控器连接起来，起着传递信息的作用。为了保证机器人能够正常运行，质量可靠的连接线是必不可少的。为了保证控制面板的整洁美观，也防止散乱的连接线阻碍机器人的正常运动。

图6ROBO控制板接线图

3、自动程序控制的设计

自动控制是通过电脑将编好的程序下载到控制器的微处理器内，它可以脱离计算机独立地处理程序的功能，使机器人在无人的情况下自动运行，也可以到达危险地方进行探测，但在突发情况时不易控制。如图7所示，自动控制程序控制简单，定位准确，灭火精度高。

图7程序图

4、作品

利用慧鱼模块，按照设计思路进行组装，经过调试，产品能完成预定功能，符合预定的设计要求。下面为作品的三维造型图（图8）和实物图（图9）。

图8三维造型图

图9实物图

5、结束语

该设计可以检测到火源并进行喷淋，但目前只是限于慧鱼创意组合的设计阶段，还没有将研究的成果应用于实践中。对应喷水装置可以考虑使用高压水泵来代替，而对火源的检测和灭火装置，由于慧鱼的器材是塑料的，故用灯光代替火源。

［参考文献］

［1］慧鱼ROBO TX CONTROLLER 说明书（7-10页）.

［2］慧鱼创意机器人设计与实践教程（上海交通大学出版社，曲凌 编）（11-13页）.

［3］机械原理（第七版）（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）（13页）.

［4］ROBOpro软件中文手册（7-10页）.

（作者单位：1.宁夏大学机械工程学院, 宁夏银川 750021；2.中国电信集团系统集成宁夏分公司，宁夏 银川 750021）

摘要：以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种智能机器人识别小车。小车利用传感器进行循迹。控制软件为ROBO Pro，可控制机器人完成一系列复杂动作：如寻找轨迹——沿轨迹行走——识别火源——自动灭火等。

关键词：慧鱼系统；智能机器人；创新设计

引言

慧鱼创意组合模型是由德国发明家Artur Fisher博士于1964年发明的。它具有一般机械所具有的零部件，如齿轮、电机、电气开关等，通过声、光、电和辅助技术的配合，能够模拟各种机械运动和机械设备的自动控制，而且有比较真实的功能。它利用工业标准的基本构件（机械元件、电气元件、气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实践分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟。

1、基于慧鱼系统的无人综合抢险车的设计

无人综合抢险车系统是一个典型的机电一体化系统。它由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分为驱动系统、机械结构系统、感知系统、智能小车-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统六个子系统。

1.1 无人综合抢险车的功能

无人综合抢险车按功能可分为循迹功能、距离识别功能、火焰识别功能、自动喷水功能。循迹功能可分为寻找轨迹和循迹前进。智能小车主要任务要求为：先寻找轨迹→沿轨迹行走→遇到障碍停止→机械臂伸出寻找火源→喷水装置工作→继续判断火源→停止喷水→机械臂收回。功能分类如图1所示。

1.2 无人综合抢险车的A/D转换

图1功能图

和数字量输入返回1和0值不同，模拟量输入可以分辨连续的输入，所有的模拟量输入返回一个0～1023之间的值。而ROBO接口板有各种不同的模拟量输入接口来测量不同的物理量。具体来说，模拟量输入可以适应用来测量电阻，测量电压和测量距离的不同的传感器。如表1所示。

通常的慧鱼传感器中，温度传感器和光电传感器将被测量转换成电阻值。所以必须将这些传感器接到AX和AY输入端。电压输入端A1和A2设计用来连接所有产生0到10V电压的传感器。在ROBO接口板上没有针对AV输入端的端口，它通常和接口板的电源电压相关联。距离传感器输入端D1和D2可以接到慧鱼特殊传感器，可以测量障碍物的距离。

表1模拟量输入

输入端输入类型测量范围A1,A2电压输入0-1023VAX,AY电阻输入0-5.5KΩD1,D2距离传感器输入Ca.0-50cmAV电源电压0-10图2行走部分运动示意图

2、无人综合抢险车机械部分设计过程

2.1行走部分

由两个9v/2.4w大功率马达带动履带上的两个驱动齿轮旋转，由驱动齿轮和引导齿轮带动履带运动，由于履带较长，中间部位需加支撑轮，如图2所示。

2.2 机械臂部分

无人综合抢险车的机械臂由直流电机控制，当机械臂前端的红外传感器检测到火源，车辆就立刻停止，然后确定火源的准确位置，在机械臂上升的同时，机械臂向前伸出，但与火源保持安全距离，如图3(上升)、图4（伸出）所示。

图3机械臂上升图4机械臂伸出

2.3 喷水装置设计

如图5所示，通过传感器检测火源，将检测信号传送给ROBO控制板，经处理后将信号发送给气泵，气泵给储水罐加压，喷头喷水灭火。灭火结束，传感器将信息传给控制板，控制板控制气泵和电子气阀，将气罐中的高压气体放出，气泵停止工作。

图5喷水装置功能图

2.4 控制板接线

慧鱼智能接口板自带微处理器（如图6），通过串口与计算机相连。在机器人系统中，连接线就是其神经，它将输入、输出原件与主控器连接起来，起着传递信息的作用。为了保证机器人能够正常运行，质量可靠的连接线是必不可少的。为了保证控制面板的整洁美观，也防止散乱的连接线阻碍机器人的正常运动。

图6ROBO控制板接线图

3、自动程序控制的设计

自动控制是通过电脑将编好的程序下载到控制器的微处理器内，它可以脱离计算机独立地处理程序的功能，使机器人在无人的情况下自动运行，也可以到达危险地方进行探测，但在突发情况时不易控制。如图7所示，自动控制程序控制简单，定位准确，灭火精度高。

图7程序图

4、作品

利用慧鱼模块，按照设计思路进行组装，经过调试，产品能完成预定功能，符合预定的设计要求。下面为作品的三维造型图（图8）和实物图（图9）。

图8三维造型图

图9实物图

5、结束语

该设计可以检测到火源并进行喷淋，但目前只是限于慧鱼创意组合的设计阶段，还没有将研究的成果应用于实践中。对应喷水装置可以考虑使用高压水泵来代替，而对火源的检测和灭火装置，由于慧鱼的器材是塑料的，故用灯光代替火源。

［参考文献］

［1］慧鱼ROBO TX CONTROLLER 说明书（7-10页）.

［2］慧鱼创意机器人设计与实践教程（上海交通大学出版社，曲凌 编）（11-13页）.

［3］机械原理（第七版）（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）（13页）.

［4］ROBOpro软件中文手册（7-10页）.

（作者单位：1.宁夏大学机械工程学院, 宁夏银川 750021；2.中国电信集团系统集成宁夏分公司，宁夏 银川 750021）