基于apm.飛控的自主行進式救援履帶機器人設計

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【摘 要】針對傳統救援機器人在救援過程中無法實現自動駕駛、操縱復雜等缺點，本設計基于APM2.8飛控系統智能救援履帶機器人主要是采用移植飛控的自動駕駛、自動控制、數據傳輸功能到地面車輛平臺，實現了地面車輛在廣闊區依賴GPS的自動路線巡航，操作簡單，解決了在自然災害發生后大范圍的巡查效率低、傳統救援機器人操縱復雜等問題。

【關鍵詞】自動駕駛；救援機器人；APM2.8飛控；遙控機械手

0 前言

近些年，戰爭、恐怖襲擊等突發事件，地震、海嘯等自然災害及潛在的核、化、生和爆炸物等嚴重威脅著人類的生命與財產安全。災難發生后的72小時為黃金搶救時間，但受災難現場的非結構化環境的影響，救援人員難以快速、高效、安全地進行工作，且救援任務逐漸超出了救援人員的能力范圍。因此，救援機器人已經成為一個重要的發展方向。但是傳統救援機器人搜救中，救援機器人的搜索半徑往往較小，而且搜救環境往往復雜多變，在有些大范圍搜查救援中往往采取人力搜查。傳統救援機器人進行搜救工作需要人工操作，既要進行駕駛又要進行信息采集，效率很低。這些原因致使地面救援機器人無法在大范圍的救援巡查中的發展與應用。在國內，救災機器人的研究起步較晚，但受到的重視程度很高。

1 系統整體設計方案

本設計主要采用手持遙控器和計算機遠程自動控制，其中遙控器控制機械手模塊和高壓水泵，還可切換APM 2.8飛控的控制模式，計算機控制通過433MHz的數據傳輸模塊導入機器人的預訂行進路線，并可實時監控機器人各種數據，如機器人所搭載的攝像頭將現場視頻信號傳入飛控的osd視頻疊加模塊，該模塊將機器人的電池電壓、位置、信號強度等信息疊加在視頻信號中，然后通過圖像傳輸模塊將視頻信息回傳至監控屏幕。機器人各功能模塊及實物分別如圖1，2所示。

圖1 機器人系統組成

機械人系統運行時，手動控制和自動控制兩種操控模式可及時切換。在手動模式中，操縱者觀察利屏幕圖像（圖3），通過wfly9型調頻遙控器選擇手動模式，APM2.8飛控系統不介入機器人行進的控制，遙控器直接通過pwm信號通過電子調速器操控驅動電機轉速來操縱機器人前進、后退、轉彎。整套系統中機器手、消防水泵、相機云臺始終處于手動控制狀。手動模式適用于無GPS信號，地形復雜，任務復雜的情況。當GPS信號良好且需要進行大規模巡查時即可通過wfly9 遙控器切換至自動模式。自動控制模式需要地面站軟件對機器人巡查的路線進行設計，通過數據傳輸模塊寫入apm2.8飛控系統。機器人將按照設計路徑自動駕駛，如果遙控器信號丟失，機器人將進入失控返航模式，利用GPS信號回到機器人開機地點。在巡航過程中操縱者可以利用機器人頭部搭載三軸陀螺儀感知頭部運動，利用遙控器直接操控攝像頭云臺的兩個舵機，從而更靈活調整攝像頭朝向，對周邊環境靈活觀察，如果發現緊急情況可以立即切換到手動模式進行處置。該機器人配置了水泵和水箱具有一定的消防能力。此外，機械手采用六個mg996r舵機驅動，通過遙控控制機械手前端可進行高扭矩機械抓取動作。

1.數據傳輸模塊；2.APM2.8飛控；3.GPS模塊；4.圖像傳輸模塊；5.天地飛九接收機；6.高壓水泵；7.機械手模塊；8.攝像頭

2 硬件設計

機器人本體部分----硬件核心為APM2.8飛控核心MCU，并整合性6軸運動處理組件MPU6000。高度測量功能采用高精度數字空氣壓力傳感器MS-5611，GPS定位模塊選用MTK 3329，存儲部分采用板載16MB的AT45DB161D存儲器。信息采集功能選用OSD模塊將機器人姿態、模式、速度、位置等重要數據疊加到圖像上實時回傳，機械手采用大扭力舵機jx6221。

遙控部分----Wfly9是一款2.4GHz跳頻9通道遙控器（如圖4所示），采用了高速度，高分辨率，優化的2.4GHz PCMS 4096制式，具有很高的抗干擾能力。

3 系統軟件

控制計算機使用開源的地面站軟件Mission planner（圖5）。該軟件可以完成飛控的初始設置完成對電機調速器、舵機的方向、行程的設置。該軟件可以對飛控進行航點編輯導入：執行任務前，軟件通過外網加載的離線衛星地圖，也可以加載災害發生后的航測圖，通過點擊地圖圖像獲得經緯度參考點，逐一設置航點后可以設置機器人圍繞航點的自動環繞偵查，之后完成對初始航點和結束航點的設置，設置完成后直接通過算法生成二進制文件通過串口燒寫入飛控。

4 結論

該機器人采用的APM 2.8飛控系統可以完成127個航點路徑的自動巡查，適用于3km范圍內的自動續航、探查填補了以往此類救援機器人的功能空白，由頭部動作直接控制的相機云臺可以更加靈巧的控制CCD攝像頭實現最大范圍的探查。這一救援機器人配備的消防系統可以執行一些消防任務，也可以搭載其他模塊利用其自動續航的功能實現其他功能大大提高巡查效率，減少搜救人員勞動強度。

【參考文獻】

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[責任編輯：朱麗娜]