管道救援遙控車設(shè)計(jì)

郭旭 劉濤

摘 要：科技高速發(fā)展，智能消防設(shè)備隨著科技進(jìn)步而不斷突破。本文設(shè)計(jì)一輛可以進(jìn)入管道內(nèi)部，攜帶攝像頭等通訊裝置，了解被困人員的情況，提高救援能力的管道救援遙控車。基于89C51單片機(jī)的智能遙控車的分析與設(shè)計(jì)，采用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)自動避障功能與遠(yuǎn)程操作相結(jié)合，設(shè)計(jì)主控制器、電機(jī)驅(qū)動、電池、以及檢測模塊。實(shí)現(xiàn)管道救援的功能，給出程序框圖，進(jìn)行理論分析，證明設(shè)計(jì)的可行性。

關(guān)鍵詞：管道救援；遠(yuǎn)程控制；自動避障；車身設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.008

1 引言

由于管道空間限制，救援人員不能及時(shí)了解被困人員現(xiàn)狀，甚至由于救援判斷的錯(cuò)誤危及被困人員的生命。遙控小車可以在危險(xiǎn)環(huán)境中代替人體進(jìn)行探測等工作，既可以減小人員傷亡，又可以精準(zhǔn)的完成任務(wù)[1]。

2 管道救援遙控車設(shè)計(jì)

已知車輪設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速6.5m/min，車輪牽引力為25N，車輪直徑48.1mm。

設(shè)計(jì)直接驅(qū)動車輪，中間兩齒輪采用雙層齒輪，提高傳動效率。

2.1 車架的設(shè)計(jì)

車架選用邊梁式車架。由分開的若干縱梁和橫梁組成，便于安裝車身和布置其他總成[2]。

2.2 電動機(jī)參數(shù)的選取

（1）電動機(jī)選用直流有刷電機(jī)。

2.5.2 蝸輪與蝸桿的主要幾何尺寸

因?yàn)槲仐U傳遞功率和速度都不大，選用普通阿基米德蝸桿。

要求傳動比大而且反行程擁有自鎖性，常取1，為單頭蝸桿[6]。

壓力角α：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10087—1998規(guī)定，阿基米德蝸桿壓力角。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1356—2001規(guī)定：，。

傳動比i和齒數(shù)比u：當(dāng)蝸桿為主動時(shí)，，。

2.5.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算

因?yàn)橹虚g兩個(gè)軸采用雙層齒輪設(shè)計(jì)，不需要軸傳動，僅起到支撐作用，所以選用標(biāo)準(zhǔn)采用蝸桿軸的標(biāo)準(zhǔn)。

（1）蝸桿軸：

2.6 總體結(jié)構(gòu)

采用4*4的驅(qū)動形式。通過程序的控制可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)車輪可單獨(dú)運(yùn)動。

小車總寬為40cm，總長為40cm，高度為35cm。

質(zhì)心高度與專用車的縱向穩(wěn)定性和側(cè)向穩(wěn)定性成反比，質(zhì)心高度應(yīng)選的較低，本小車選為30cm。

專用車通過性參數(shù)：最小離地間隙0.3m、通過半徑0.1m、接近角45?、離去角45?。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 傳感器的選用

避障傳感器選用紅外線傳感器；熱傳感器選用Grove-PIR Motion Sensor，它利用熱電紅外傳感器偵測面前120?扇形，距離3m范圍內(nèi)移動的物體。

遙控器選用WFT07 2.4G遙控器，工作電壓范圍：3.7V～6V。接收器選用WFR07S接收機(jī)，7通道，可滿足現(xiàn)有的操作要求并且備用幾個(gè)通道便于附加功能的添加。

3.2 單片機(jī)的選用

本設(shè)計(jì)中采用89C51單片機(jī)，此單片機(jī)為帶4K字節(jié)閃爍，可編程與擦除只讀存儲器的低電壓與高性能的CMOS8位微處理器[7]。

3.3 控制系統(tǒng)工作原理

P0.0- P0.4端口接為傳感器的信號接收端；

P0.5、P0.6、P1.0- P1.7端口接為電動機(jī)運(yùn)行控制端；

P2.0-P2.7端口為外界控制端。

3.4 工作原理

若下出現(xiàn)熱源時(shí)，P0.3=0，熱敏傳感器進(jìn)行控制，停止工作；

當(dāng)右前方出現(xiàn)障礙時(shí)，P0.0=1& P0.1=0，接收右側(cè)紅外線傳感器障礙信號；P1.0=1，繼電器控制左前方車輪停止前進(jìn)；P1.4=1時(shí)，繼電器控制左后方車輪停止前進(jìn)；延時(shí)2秒， P1.0=0，繼電器控制左前方車輪前進(jìn)；P1.4=0時(shí)，繼電器控制左后方車輪前進(jìn)。

同理，當(dāng)左前方出現(xiàn)障礙時(shí)，P0.0=0& P0.1=1；當(dāng)左右前方均出現(xiàn)障礙時(shí)，P0.0=0& P0.1=0。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)適用于管道的救援遙控車，通過傳感器實(shí)現(xiàn)自動避障，通過通信模塊遠(yuǎn)程控制小車，采用了89C51單片機(jī)，電池模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊等。

采用了6V直流電機(jī)提供驅(qū)動力，行進(jìn)機(jī)構(gòu)上采用蝸輪蝸桿三級減速機(jī)構(gòu)，保證動力的充足并且留出攜帶其他裝備空間。

管道救援遙控車的出現(xiàn)有助于救援設(shè)備的發(fā)展。在今后救援工作中提高救援工作安全性與救援效率，具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2016（05）.

[4]盧書榮，張翠華.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].西南交通大學(xué)出版社，

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[6]孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2016（05）.

[7]李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社，2015：16-26.

作者簡介：郭旭（1996-），男，河北唐山人，本科，研究方向：車輛工程。