机器人自主地雷探测和映射

文摘

地雷危机以来全球担忧目前有500数百万未爆炸的地雷在大约70个国家。政府正在调查这种情况严重因为地雷声称肢体sandlives每天的平民。这个项目的目的是设计一个机器人能够检测埋地雷和标记他们的位置,而使操作员能够控制机器人无线距离。该项目从一起头脑风暴阶段研究阶段之前,然后到概念化或设计阶段。理论阶段的想法和概念形成到物理硬件组件的制造一个原型,然后软件程序向系统集成,te罐内实验发展的概念。

关键字

地雷,映射,我检测、传感器、全球定位系统(GPS)、全球移动通信系统(GSM)、自主机器人

介绍

这个项目包含多个传感器探测地雷。地雷探测机器人需要使用支持和平行动和受污染地区的间隙。机器人也能探测地雷的50 - 90%(杀伤人员地雷)和马克的位置煤矿5厘米的公差内,它能够通过Gsm发送操作符的位置。对操作员的安全,设计机器人必须能够远程操作。此外,它必须配备无线数据传输功能.Landmines容易做,廉价而有效的武器,可以轻松地部署在防止敌人的动作大片。矿山经常躺在团体,叫做雷区,和是为了防止敌人通过一个特定的区域,或者有时迫使敌人通过一个特定的区域。而超过350种矿存在,他们可以分为两类,即反人员地雷和反坦克地雷。杀伤人员地雷被设计用来杀死或伤害敌方战斗人员。他们通常是10毫米到40毫米埋于土壤之下,它需要大约9公斤最低压力引爆。面临最相关的直径范围从5.6厘米到13.3厘米。 Hence To Prevent From These Mines We Designed This System Which Is Light Weighted And Will Detect The Mine.

二世。相关工作

在[1]作者用于优化问题的地雷检测已经研究了几十年。我检测系统通常由首先识别传感器技术,然后测试特定人为测试床,然后部署传感器在车辆或人的便携设备。尽管努力,当前系统仍然展示现有的和预期的能力之间的差距,例如,推进速度,检出率、误警率在示范试验床。[2]提出了一种设计完整的移动机器人在崎岖的地形,可以取代人类在排雷应用中的作用。采用一种基于转向架悬挂系统机制以克服恶劣的地形。机器人的灵活的设计使它在任何即时不改变在任何方向移动身体的方向。在[3]全地形移动机器人导航使用的由小说体现了活性达到避障方法。控制任务软件开发计划、配置和管理操作。高度兼容的腿和轮式平台开发完成低成本全地形机器人。数字信号处理算法已经应用地雷检测使用载荷传感器。在[4]中,我们提出了一个基于GPS和声纳区域映射和移动机器人的导航方案。 A mapping is achieved between the GPS space and the world coordinates of the mobilerobot which enables us to generate direct motion commands for it. This mapping enables the robot to navigate among different GPS locations within the mapped area. The GPS data is extracted online to get the latitude and longitude information of a particular location. In the training phase, a 2-D axis transformation is used to relate local robot frame with the robot world coordinates and then the actual world coordinates are mapped from the GPS data using a RBFN (radial basis function network) based Neural Network. In the second phase, direct GPS data is used to get the mapping into the world coordinates of mobile robot using the trained network and the motion commands are generated accordingly. [5] Metal detectors are considered as the most reliable sensors for mine detection work. However, landminedetection performance of the metal detectors is highlydependent on the distance between the sensor heads andthe buried landmines

三世。算法

答:设计注意事项:

步骤1。设计电源用适当的特征

步骤2。使用AVR控制器开发接口板

步骤3。连接伺服电机控制金属传感器。

步骤4。连接金属传感器和气体传感器

第5步。实现所有外围一个身体

b算法的描述:

该算法的目的是减少机器人的重量通过使用加权的光组件或材料和机器人的可靠性最大化利用简单但有效的连接。

步骤1:设计电路的供电线路汇总功能

•操作简单描述:给出了监管+ 5 v输出,输出电流100毫安的能力

•电路保护:内置过热保护关闭输出当监管机构IC变得太热

•电路复杂性:非常简单和容易的

•电路性能:+ 5 v输出电压非常稳定,运行可靠

•设计测试:根据数据表的所有组件,我们已经成功地使用该电路作为许多电子产品项目的一部分

•应用程序:电子设备的一部分,小实验室电源

•电源电流:需要输出电流+ 5

电路描述

这条赛道是一个小的+ 5 v电源,这是与数字电子技术实验时有用,容易建立。小型廉价的墙变形金刚变量输出电压可在任何电子产品商店和超市。这些变形金刚是容易,但是通常他们的电压调节很差,这使得themless用于数字电路实验人员,除非在某种程度上可以实现更好的监管。以下电路问题的答案。这个电路可以给+ 5 v输出约150毫安电流,但它可以增加到1好冷却时添加到7805调节器芯片。电路过载和therminal过载保护。

步骤2:开发接口板

这个电路包括电源电路、AVR单片机、LCD接口连接器,数字和模拟I / O管脚。电路操作5 v按必要性以及12 v。使用单片机按照我们的要求,我们可以用这个板接口的模块(如GPS、GSM、蓝牙等)和传感器(例如金属传感器,甲烷气体传感器、红外传感器、超声波传感器等)。这个接口板的帮助下我们可以连接所有的外围设备需要此原型探测地雷。

步骤3:连接伺服电机控制金属传感器

如图3所示,我们已经连接伺服电机正面的机器人。这个伺服电机可以是0到180度角旋转。由于它的位置的这个机器人,我们可以把金属传感器伺服电机。因此这个伺服将从0到180度旋转,同时金属传感器会感觉外围和将检测下的金属或土壤。

步骤4:连接金属探测器,气体传感器

金属探测器

这条赛道是最有用的安全检查。金属探测器在市场是相当昂贵的。可以使用此金属探测器检测略大尺寸金属物体。它使用一个感应线圈。这个金属物体附近的线圈应该保持检测。输入电路是一个弱colpitt水系列的振荡器。传感线圈的形式部分曲调振荡器。当线圈带附近金属物体磁性能量吸收和振荡器不能工作。然后最后晶体管进行和蜂鸣器被激活。

这个传感器的核心是显示器的归纳振荡器电路高频电流线圈。电路设计对任何金属身体检测通过检测高频涡流损失的变化。与外部调谐电路作为振荡器。输出信号电平的改变是一个接近金属物体。

输出信号是由电源电流的变化。独立的电源电压,电流高或低的存在或缺乏金属物体。这只手可以很容易地连接伺服电机,因此它将探测金属物体在土地。

气体传感器

MQ-4气体传感器灵敏度高,甲烷、丙烷和丁烷。当目标存在可燃气体时,传感器的电导率随气体浓度上升高。传感器可以用来检测不同的可燃气体,特别是甲烷;它是低成本,适合于不同的应用程序。

(一)特点

良好的灵敏度范围广泛的可燃气体,高灵敏度,天然气、寿命长、成本低、简单的驱动电路

应用程序

国内天然气泄漏探测器、工业可燃气体探测器、便携式气体探测器

(C)特性

快速响应检测范围宽,灵敏度高、稳定、寿命长简单的驱动电路

MQ-4气体传感器的结构和配置,如图7所示。传感器是由微氧化铝陶瓷管、二氧化锡层(SnO2)敏感,测量电极和加热器被固定到一个地壳由塑料和不锈钢网。加热器提供必要的工作条件的敏感组件。SnO2 MQ-4气体传感器的敏感材料,导电率较低的清洁空气。包膜MQ-4 6针,4是用于获取信号,和其他2用于提供加热。

灵敏度的调整:

电阻值的MQ-4区别不同种类和不同浓度气体。所以,当usingthese组件,灵敏度调整是十分必要的。校准探测器for5000ppm ofCH4在空气中浓度和使用价值负载电阻(RL)约20 kΩ(10 kΩ47 kΩ)。准确地测量时,适当的气体探测器的报警点应该决定afterconsidering温度和湿度的影响。

GPS模块

全球定位系统(GPS)是一个基于太空的卫星导航系统,提供了位置和时间信息在各种天气条件下,任何地方或接近地球上有一个通畅的视线到四个或更多的GPS卫星。系统提供关键功能军事、民用和商业世界各地的用户。是由美国政府和维护自由,任何人都能使用GPS接收器。

GPS模块包含sr - 91集成电路,接收来自卫星的帮助下天线的数据。GPS模块接收数据的形式n mea(国家海洋电子协会)标准。GPS接收器交流是本规范中定义。大多数计算机程序,提供实时位置信息理解和期望n mea格式的数据。

这些数据包括完整的PVT(位置、速度、时间)解决方案计算GPS接收器。n mea的想法是发送的数据称为一个完全独立和独立于其他的句子句子。为每个设备类别和有标准的句子也有能力来定义公司专有的句子供个人使用。所有标准的句子有两个字母前缀定义句子类型的设备使用。(用于GPS接收器前缀是全科医生)。

n mea的句子

n mea的句子,第一个单词的数据类型,定义了其余的句子的解释。每个数据类型都有其独特的解释和定义在n mea标准。GGA句显示了一个例子,它提供了必要的修正数据。其他的句子可能重复一些相同的信息,但也将提供新的数据。任何设备或程序读取的数据可以看数据句子和简单地忽略其他感兴趣的句子,是不在乎。n mea标准中没有命令表明GPS应该做些不同的事情。而不是每个接收器发送的所有数据,预计它将被忽略。一些接收器命令在单位,可以选择一个子集的所有句子,或者在某些情况下,甚至个别句子发送

n mea字符串的例子

GSM模块

在+ CIPSPRT = 0 gsm - 900使用890 - 915 MHz从移动站发送信息到基本收发站(上行)和935 - 960 MHz的另一个方向(下行),提供124射频通道(通道数字1到124)间隔为200千赫。双间隔45 MHz。在一些国家,gsm - 900乐队已经扩展到覆盖更大的频率范围。E-GSM,这种“扩展GSM”使用频率范围880 - 915 MHz(上行)和925 - 960 MHz(下行),添加50通道(通道号码975 - 1023和0)到原始GSM - 900乐队。GSM规范还描述铁路GSM, GSM-R使用频率范围876 - 915 MHz(上行)和921 - 960 MHz(下行)。通道编号955到1023。GSM-R提供了额外的渠道和专业铁路使用的服务人员。所有这些变量都包含在gsm - 900规范。

步骤5:实现所有外设的身体

所有外设像GSM、GPS、控制器、金属传感器、伺服电机等。实施于一体,如图9所示。身体应该强大到足以光秃秃的意外爆炸。所示的连接设计仿真。确保任何连接不是松散或做空。

四、电路仿真和系统的工作

结合所有的电路我们能够得到最终的电路工作原型。这种电路如Fig.10所示。

诉实验结果

通过执行实验几次现场我们能够得到高精度检测。我们也试图检测矿山土壤下的变化范围。

按上面的图,我们将金属物体在2厘米土壤下然后我们试图检测对象。我们为10倍执行这个任务,我们能够在这个范围内90%的准确率。然后我们把金属物体在土壤下5厘米。在这个时候我们在检测金属有60%成功的结果。最后我们把金属物体内更深的地方土壤(约10厘米)。这个范围我们可以发现只有50%的准确率。平均所有这些结果我们发现此原型可以检测的最大数字矿山的范围从2-5cm下土壤。这些实验结果为各种范围,如图11所示。

六。结论和未来的工作

它已经成功地证明了通过这个地雷探索平台提出的理论和概念完美的工作。它将能够清楚1米宽的道路。这个机器人提供最大的优点是战场上士兵的安全。它将向运营商发送的位置埋我利用GSM模块。这意味着,如果运营商或士兵按照轮胎的痕迹,他们绝对安全,因为机器人已经滚。因此,拟议的地雷检测和标记模块设计了开放研究人员探索的新领域。拯救无辜平民的生命和肢体变得更近一步。在未来,我们也可以使用更好的图像的相机埋地雷。

引用

1. Dubey Abinash c;伊凡Cindrich;詹姆斯·m·拉斯顿;凯利a . Rigano“检测技术等矿山和矿山目标”,有会议2496卷,1995年4月17日。
2. Jaradat,硕士地雷检测应用程序的“自主导航机器人”,IEEETransactions机电一体化及其应用(互联网统计),页。1 - 5,2012年4月10 - 12。
3. 桑塔纳,p . Barata j .;克鲁兹,h;城区a;葡京,j .;l·弗洛雷斯,“地雷探测的多机器人系统”,10日IEEE会议onEmerging技术和工厂自动化(数量:1),pp.721 - 728, 2005年9月19 - 22日。
4. 雷,A.K.“基于GPS和声纳区域映射和移动机器人导航”,第七届IEEE国际会议产业信息,2009,pp。801 - 806年,2009年6月23日。
5. 藤原m;高田贤三N。,“Controlled Metal Detector Mounted on Mine Detection Robot”, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 4, No. 2 (2007),pp. 237-245.