水陸空機(jī)器人協(xié)同輔助救援方案探究

趙強(qiáng)　楊文靜　王涵　周錦源　崔書源

摘 要：對(duì)于消防救援來講，純?nèi)肆蛘呤侵匦蜋C(jī)械存在著周期長、效率低等缺點(diǎn)，因此，將具有自主智能的多功能微小型輔助救援機(jī)器人用于危險(xiǎn)而復(fù)雜的環(huán)境中搜索和營救幸存者是非常實(shí)用的。本文以平臺(tái)性底層軟硬件為基礎(chǔ)，以智能傳感互聯(lián)、新型顯示、遠(yuǎn)程通信和水陸空機(jī)器人協(xié)同等新一代信息技術(shù)為特征，以新設(shè)計(jì)、新工藝硬件為載體的新型智能監(jiān)控和救援系統(tǒng)終端產(chǎn)品及服務(wù)。

關(guān)鍵詞：輔助救援;水陸空;協(xié)同;傳感互聯(lián)

隨著時(shí)代的進(jìn)步，在人工智能和大數(shù)據(jù)新潮流的背景下，針對(duì)突如其來的地震、火災(zāi)、洪水等情況，輔助機(jī)器人的出現(xiàn)可以減緩救援工作的壓力且增加救援的效率。根據(jù)救援機(jī)器人的性能指標(biāo)及功能要求，結(jié)合國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種可模塊化組裝，結(jié)構(gòu)緊湊，可搭載救援工具的履帶式救援機(jī)器人。圍繞著陸地機(jī)器人，拓展救援環(huán)境的可能性，實(shí)現(xiàn)水陸空協(xié)同輔助救援。一方面，可以降低危險(xiǎn)性，另一方面，可以跟上時(shí)代的腳步，有效的解決一些棘手的安全救援問題。目前國內(nèi)外只是處于科研起步階段，還沒有一種成熟的預(yù)防和真正的輔助救援機(jī)器人產(chǎn)品，而大型的全自動(dòng)救災(zāi)機(jī)器人造價(jià)昂貴，維修費(fèi)用極高，得不到推廣。

一、智能預(yù)防與救援機(jī)器人平臺(tái)

針對(duì)目前市場上的硬件與軟件短板，我們充分利用最新的機(jī)器人傳感器集成技術(shù)、水陸空機(jī)器人協(xié)同理念和GSM模塊遠(yuǎn)程監(jiān)控的形式，為普通住戶、單位和企業(yè)提供災(zāi)害險(xiǎn)情預(yù)防服務(wù);為處于不同復(fù)雜災(zāi)害環(huán)境當(dāng)中的需要幫助的人提供輔助救援。而精確的險(xiǎn)情預(yù)防和高效的輔助救援依靠一套智能化硬件和控制系統(tǒng)，完善的救援體系和軟硬件控制即可做到這一點(diǎn)。輔助救援系統(tǒng)具備的功能說明如下：

（一）整個(gè)救援軟硬件系統(tǒng)包含災(zāi)害預(yù)防平臺(tái)和輔助救援平臺(tái)兩個(gè)部分，前者屬于低廉的投入換來的“防患于未然”，后者屬于高效輔助救援的技術(shù)架構(gòu)體系，兩者通過不同的通道反饋到同一個(gè)終端。

（二）災(zāi)害預(yù)防平臺(tái)可以對(duì)監(jiān)測(cè)的安全隱患位置和參數(shù)設(shè)定，比如廚房是火災(zāi)的高發(fā)區(qū)，可以將煙霧傳感器安置在某個(gè)特定位置，同時(shí)可以設(shè)置預(yù)判剛要發(fā)生火災(zāi)時(shí)的煙霧濃度參數(shù)，通過GSM模塊遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)處理發(fā)送到終端，顯示煙霧濃度參數(shù)以及可能發(fā)生火災(zāi)位置的相關(guān)信息。利用各參數(shù)的大數(shù)據(jù)融合分析，即可判斷家用電器等設(shè)備的問題所在，并及時(shí)更換。

（三）輔助救援平臺(tái)包含三類機(jī)器人，依據(jù)環(huán)境復(fù)雜程度可以選擇是否獨(dú)立工作，亦可在復(fù)雜環(huán)境中協(xié)同輔助救援。陸地機(jī)器人將搜救信息收集并作為向終端傳輸數(shù)據(jù)的主體，顯示溫度、距離、水深和顏色等重要有關(guān)救援參數(shù)信息。

二、設(shè)計(jì)思路

（一）多功能微小型輔助救援機(jī)器人以履帶作為骨架，對(duì)履帶式機(jī)器人進(jìn)行三維建模、強(qiáng)度校核和運(yùn)動(dòng)仿真;零部件加工制造并裝配，配備適合多種援救環(huán)境的傳感器并集成應(yīng)用，兼以80c51單片機(jī)的主控系統(tǒng)，結(jié)合無線視頻傳輸、生命信息及時(shí)定位等技術(shù)，同時(shí)，多功能微小型輔助救援機(jī)器人利用各種傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)事故現(xiàn)場環(huán)境的檢測(cè)。

（二）具體研究版塊分為兩部分：機(jī)械結(jié)構(gòu)和測(cè)控系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括底盤的設(shè)計(jì)和機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分別從幾何角度研究分析物體的運(yùn)動(dòng)和研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系;測(cè)控系統(tǒng)由探測(cè)感知系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成來更好的輔助機(jī)械機(jī)構(gòu)，兩者相輔相成，缺一不可。無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和續(xù)航能力是保證空中輔助救援的關(guān)鍵技術(shù)，水中機(jī)器人的防水和遠(yuǎn)距離通信更是確保水中輔助救援的重要指標(biāo)，通過對(duì)水陸空機(jī)器人的協(xié)同，可以確保救援工作達(dá)到最佳效率。

（三）利用二維繪圖軟件CAD和三維建模軟件SW對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模和運(yùn)動(dòng)仿真，同時(shí)，對(duì)實(shí)物進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證修改，特別是如何將水陸空機(jī)器人三者協(xié)同，如果解決了這個(gè)重要問題，即可達(dá)到真正的輔助人工救援的目的。

三、總結(jié)

微小型輔助救援機(jī)器人是一款有益于社會(huì)又促進(jìn)科技進(jìn)步的創(chuàng)新型產(chǎn)品，經(jīng)過預(yù)先在普通居民和單位、家里安裝特定需求的傳感器，并連接到終端，整合用戶相關(guān)的行為數(shù)據(jù)，判斷家用電器等的完好程度。因此，構(gòu)建這種針對(duì)客戶人身安全的預(yù)防災(zāi)害和救援平臺(tái)，它是一種新型的商業(yè)模式，具有一定的創(chuàng)新性，未來市場潛力巨大。

參考文獻(xiàn)

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