一种轮履复合式森林巡防机器人平台的研究

摘要

随着我国国民经济的迅猛发展,从生态保护与林业生产安全的角度出发,亟需严格控制森林火灾、盗砍盗伐、非法狩猎等现象的发生。针对我国幅员辽阔,仅靠人力难以实现全面巡防与排查的现状,提出一种采用轮履复合驱动方式的森林巡防机器人平台,其具较小的外廓尺寸、较强的机动性与通过性,可较好地适应森林环境;此外,还搭载有可升降摄像机、GPS等传感器,可将所处环境场景与自身位置通过无线通讯实时上传至远程控制端,从而代替人力进行实地森林巡防与火灾监控,既可将巡山人员从恶劣环境中解放出来,也提高了火灾监控与安全巡防的效率。
　　 针对森林环境的复杂性,围绕机动性、通过性、作业能力这三个要素,进行森林巡防机器人的研究,包括机器人的机械系统设计、电控系统设计、实验性能测试三部分。
　　 首先,对典型的森林地貌与常见障碍进行分析,得出机器人机械系统的设计约束,采用轮履复合驱动方式取得移动速度与越障能力的均衡;以全天候作业能力为目标,进行一体化平台腔体设计;为扩大相机监控范围,采用基于多级电动推杆的升降机构设计;在Solidworks三维模型的基础上开展虚拟样机分析,对前述设计进行校验与修正。
　　 其次,针对机器人功能要求,设计基于异步串行总线的双层控制系统,并采用ATMEGA128作为中央控制器。进行直流电机驱动器的设计研究,并展开无线通讯模块、图像处理模块、GPS模块、超声探测模块等外围功能模块的集成研究。此外,控制系统是开放可扩展的,根据具体需要可进行功能模块的添加与移除。
　　 最后,进行机器人机电系统集成并完成联调,在森林环境下对机器人系统进行性能测试,包括机动性能测试(最大速度、爬坡能力、转向半径等)、通过性测试(越障能力)、作业能力测试等,从而完成移动机器人的综合性能验证。