1. 研究目的与意义

随着科技的发展，机器人的诞生是人类进步发展的必然结果，机器人可以具有感知功能和行走功能，最大的特点就是可编程，满足它的工作要求。经过多年的研究和实践，目前在工业、农业、牧业、医疗等不同的领域，机器人已经大量投入使用，并创造了大量的佳绩。在众多机器人中，灭火机器人的使用也越来越受到大家的关注，我国在灭火机器人的研究上也有所突破，但存在一些不足之处。

火灾是我们生活中是非常严重的一种灾害，尽管做了大量的防火措施火灾还是在所难免，近年来，我国石化等基础工业有了飞速的发展，在生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，导致化学危险品和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。尤其是高层的火灾，由于消防车的高压水枪或者云梯只能到达一定的高度，所以高层一旦着火扑灭起来十分困难，因此灭火机器人就应运而生，但就目前来说我国的灭火机器人技术还不够成熟，无法完全代替消防员，其中最主要的原因就是在路径规划上难以实现灵活的自动控制，大多数灭火机器人需要消防人员协助来完成灭火任务，并且大多数价格昂贵，如果要在高层规模性配备灭火机器人，在经济效益和安全要求上就难以的达到平衡。

灭火机器人，顾名思义是代替人类进行现场灭火的机器人，它的首要目的就是在脱离人类的情况下，对现场的火灾进行扑灭，尤其是一些对于人类来说比较难到达的地方的灭火工作，灭火机器人就可以大显身手。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

设计一个基于检测技术和轨迹优化算法的灭火机器人行进控制系统，实现各种工况下灭火机器人的火点位置识别和行进路径控制；该系统应包括：1）火灾信息采集识别单元：用烟雾传感器火灾信息识别；用红外传感器确定着火地点。2）信号转换变送单元：将外部三种信号转变为数字信号输入单片机或将单片机数字信号转变为外部驱动信号。3）行进控制及驱动控制单元：通过路径控制系统，使用直流电动机进行驱动。4）lcd或者数码显示单元：显示数据和报警功能。完成的功能：火点位置的数据采集、显示、识别、按路径最短的轨迹规划控制输出量；电路原理图和硬件电路图设计；软件编程及功能调试。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

灭火机器人硬件总体如图1 所示，本系统包括火灾信息采集识别单元、信号转换变送单元、行进控制及驱动控制单元、LCD或者数码显示单元这四个单元，输入有一个矩阵键盘信号，还有四个传感器信号，用于判断火灾的情况的烟雾传感器，判断火灾位置的红外传感器和用于避障的两个传感器。输出信号有三个，用于控制机器人的驱动和前进，故障的报警和调试窗口的显示。

图2时系统功能框图，当火灾采集模块烟雾传感器采集到某处着火时，将开关量信号输入单片机同时红外火焰传感器将火灾探测情况输入单片机，将信号传给控制单元后，控制单元经过处理后传出信号，将规划好的路线传给行进控制模块，通过位移传感器和避障传感器使用电动机驱动电路驱动灭火机器人到达着火点进行灭火。在烟雾传感器、电动机驱动或路径规划失败时单片机输出高电平，通过电流放大电路驱动报警装置。

步骤： （1）查资料了解灭火机器人控制技术的原理，微处理器原理及现状，机器人轨迹控制系统的原理及现状 （2）明确设计目标，检查系统能否完成预期目标，作出相应的改进,并对所需的元器件进行选型 （3）运用仿真软件进行仿真 （4）实现软硬件系统的设计 （5）归纳系统的不足之处，并提出解决方案

4. 参考文献

[1] 张洪润，孙悦等著.单片机原理及应用.清华大学出版社.2008

[2] 谢存禧主编.机器人技术及其应用.机械工业出版社.2005

[3] 沈红卫著.基于单片机的智能系统设计与实现.电子工业出版社.2005

5. 计划与进度安排

（2）2022.3.20—2022.4.9 硬件功能分析，熟悉mcs-51系统指令及编程语言；

（3）2022.4.10—2022.4.23 设计电路原理图、编制应用程序；

（4）2022.4.24—2022.5.21 系统调试及改进；