數(shù)信息、實(shí)時(shí)地返回災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)圖像、動(dòng)態(tài)規(guī)劃搜救路徑，力求搜救過(guò)程的高效性， 為生命救援提供保障。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的工作原理圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明中搜救機(jī)器人的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0026] 圖3-1為本發(fā)明的煙霧傳感器示意圖；
[0027] 圖3-2為本發(fā)明的熱釋電紅外傳感器示意圖；
[0028] 圖3-3為本發(fā)明的溫濕度傳感器示意圖；
[0029]圖3-4為本發(fā)明的微處理器示意圖；
[0030]圖3-5為本發(fā)明的三軸加速度傳感器示意圖；
[0031 ]圖3-6為本發(fā)明的視覺(jué)傳感器示意圖；
[0032]圖3-7為本發(fā)明的雷達(dá)示意圖；
[0033]圖3-8為本發(fā)明的ZigBee模塊示意圖；
[0034]圖4-1為本發(fā)明的第一驅(qū)動(dòng)器示意圖；
[0035]圖4-2為本發(fā)明的第二驅(qū)動(dòng)器示意圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明的Arduino Uno R3單片機(jī)示意圖；
[0037] 圖6為本發(fā)明采用的基于RSSI的極大似然估計(jì)定位算法示意圖；
[0038] 圖7為本發(fā)明的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波處理的示意圖；
[0039]圖8為本發(fā)明的下位機(jī)系統(tǒng)圖；
[0040]圖9為本發(fā)明的控制中心上位機(jī)系統(tǒng)圖；
[0041 ]圖10為本發(fā)明的整體搜救流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0043] 如圖1所示，一種基于UC0SII的礦井搜救系統(tǒng)，由控制中心1、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器2、路由器 節(jié)點(diǎn)3和搜救機(jī)器人組成;搜救機(jī)器人有三輛，分別攜帶移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)4、5、6;移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn) 4、5、6可將搜救機(jī)器人采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到路由器節(jié)點(diǎn)3;路由器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)的 路徑查詢，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器2;網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器2在接收到移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù) 信息后，通過(guò)串口向控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)?？刂浦行?在接收到數(shù)據(jù)后，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參 數(shù)信息。
[0044]如圖2所示，搜救機(jī)器人包括搜救機(jī)器人本體和搜救機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng);搜救機(jī)器人 本體為三層車體結(jié)構(gòu);車體底層12放置電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和電機(jī);車體中間層 13放置電源模塊及主控板，電源模塊包括蓄電池和電源轉(zhuǎn)換模塊;機(jī)器人頂層14放置了多 類環(huán)境傳感器、三軸加速度傳感器19、無(wú)線通信模塊和機(jī)械手9;環(huán)境傳感器包括煙霧傳感 器15、甲烷傳感器、溫濕度傳感器17、熱釋電紅外傳感器16;機(jī)械手為六自由度機(jī)械手;搜救 機(jī)器人本體設(shè)有視覺(jué)傳感器10、雷達(dá)模塊11和輪胎8。
[0045] 如圖3-1至3-8所示，主控板的核心為STM32F103RC型號(hào)微處理器18;搜救機(jī)器人之 間通過(guò)無(wú)線通信模塊自主組網(wǎng)及精確定位，無(wú)線通信模塊采用ZigBee模塊22; ZigBee模塊 22的TX1、RX1腳分別與微處理器18的29、30腳相連;煙霧傳感器15采用MQ2煙霧傳感器，溫濕 度傳感器17采用M2301數(shù)字溫濕度傳感器;煙霧傳感器15的輸出腳ADC1與微處理器18的11 腳相連，微處理器18的ADC采樣煙霧傳感器15的輸出電壓，從而判斷礦井環(huán)境下的空氣煙霧 含量;數(shù)字溫濕度傳感器17的輸出引腳ADC2與微處理器的20引腳相連，微處理器18的ADC采 樣數(shù)字溫濕度傳感器17的輸出電壓，從而對(duì)礦井現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度環(huán)境做出判斷；熱釋電紅外 傳感器16是BIS0001熱釋電紅外傳感器;熱釋電紅外傳感器16的觸發(fā)腳EXTER1與微處理器 的41腳相連，當(dāng)熱釋電紅外傳感器16感應(yīng)到人體紅外線時(shí)，輸出一個(gè)上升沿脈沖，微處理器 捕獲到這個(gè)脈沖，并向控制中心1發(fā)出報(bào)警信號(hào);視覺(jué)傳感器10的TX2、RX2腳分別與微處理 器18的51腳、52腳相連，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)圖像的實(shí)時(shí)采集與傳輸;三軸加速度傳感器19型號(hào)為 MPU6050，其SCL引腳和SDA引腳分別與微處理器18的86、87引腳相連;雷達(dá)21的OUT引腳與微 處理器的57引腳相連;雷達(dá)21、三軸加速度傳感器19、ZigBee模塊22、煙霧傳感器15、溫濕度 傳感器17、視覺(jué)傳感器10和熱釋電紅外傳感器16的VCC端都與電源模塊相連，GND端均接地； 三軸加速度傳感器19的其它引腳懸空。
[0046]如圖4-1和4-2所示，搜救機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)包括第一電機(jī)Ml、第二電機(jī)M2、第三電機(jī) M3、第四電機(jī)M4、第一驅(qū)動(dòng)器23和第二驅(qū)動(dòng)器24;第一電機(jī)Ml和第二電機(jī)M2驅(qū)動(dòng)搜救機(jī)器人 本體前面的兩個(gè)輪胎8，第三電機(jī)M3和第四電機(jī)M4驅(qū)動(dòng)搜救機(jī)器人本體后面的兩個(gè)輪胎8; 第一驅(qū)動(dòng)器23控制第一電機(jī)Ml和第二電機(jī)M2,第二驅(qū)動(dòng)器24控制第三電機(jī)M3和第四電機(jī) M4;微處理器18的2~10腳依次接第一驅(qū)動(dòng)器23的輸入端口六1^2、81、82及第二驅(qū)動(dòng)器24的 輸入端口 〇1丄2、01、02;微處理器18的58、59、61、62腳（8阡￥1^、？￥18、？￥1(：、？￥10四路?麗波 輸出腳)依次接入第一驅(qū)動(dòng)器23的PWMA、PWMB腳及第二驅(qū)動(dòng)器24的PWMA、P麗B腳;第一驅(qū)動(dòng) 器23和第二驅(qū)動(dòng)器24的輸入端口控制電機(jī)的方式：當(dāng)A1端口為高電平，A2端口為低電平時(shí)， 電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)A1端口為低電平，A2端口為高電平時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn);其他端口控制電機(jī)方式同A1、 A2端口；PWM波通過(guò)對(duì)波的占空比調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制;通過(guò)以上方式可以實(shí)現(xiàn)車 體的倒退、轉(zhuǎn)彎、減速、加速等功能。
[0047] 如圖5所示，機(jī)械手以Arduino Uno R3單片機(jī)為控制板，該控制板可輸出16路PWM 信號(hào)，一個(gè)舵機(jī)需要一個(gè)PWM信號(hào);Arduino Uno R3單片機(jī)的5、6、7、15、16、17腳（即PWM1、 PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6六路PWM波輸出腳)與實(shí)現(xiàn)機(jī)械手六個(gè)自由度的六個(gè)舵機(jī)的信 號(hào)端相連;舵機(jī)的VCC端都與電源模塊相連，GND端均接地;Arduino Uno R3單片機(jī)的2引腳 與微處理器18的46引腳相連，3引腳與微處理器18的45引腳相連，用于主控板與控制板的通 {目。
[0048] 如圖6所示，無(wú)線通信模塊采用基于RSSI的極大似然估計(jì)算法來(lái)精確定位搜救機(jī) 器人方位，確定搜救機(jī)器人坐標(biāo);RSSI測(cè)距技術(shù)是一種基于測(cè)量距離的無(wú)線測(cè)距技術(shù)，使用
無(wú)線射頻信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量;RSSI測(cè)距技術(shù)的公式為： 其中，Pt表示移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，一般取值為0dBm;pL(dQ)表示距離為lm處的接受功 率;P(d)為距離未知節(jié)點(diǎn)d處接收的RSSI信號(hào)強(qiáng)度值;X。為遮蔽因子;極大似然估計(jì)算法是 在已知η個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的情況下，通過(guò)求取未知節(jié)點(diǎn)到各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離均方差最小的方 法得到，η 2 3;該算法優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量精度高、硬件成本低。
[0049] 如圖7所示，搜救機(jī)器人攜帶有多種傳感器，每種傳感器在進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)候， 必會(huì)對(duì)其他傳感器的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生一定的干擾，所以在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)之前，必 須要進(jìn)行去噪處理。在本發(fā)明中，通過(guò)卡爾曼濾波的原理，對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處 理。
[0050] 如圖8所示，下位機(jī)系統(tǒng)移植在主控板內(nèi)核中；下位機(jī)系統(tǒng)為UC0SII嵌入式系統(tǒng)， 包括開(kāi)始任務(wù)模塊及與開(kāi)始任務(wù)模塊通信的數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊、無(wú)線通訊任務(wù)模塊、機(jī)械 手控制任務(wù)模塊和算法調(diào)度任務(wù)模塊;數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊管理環(huán)境傳感器、三軸加速度傳 感器19和視覺(jué)傳感器;環(huán)境傳感器通過(guò)RS232接口與數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊通訊;視覺(jué)傳感器通 過(guò)RS485接口將現(xiàn)場(chǎng)圖像傳送到數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊中；三軸加速度傳感器19通過(guò)IIC接口將 角度值傳送到數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊中；機(jī)械手控制任務(wù)模塊管理搜救機(jī)器人上搭載的機(jī)械 手;算法調(diào)度任務(wù)模塊通過(guò)微處理器中的動(dòng)態(tài)尋優(yōu)算法輸出適時(shí)的PWM值，控制各個(gè)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速，改變搜救機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);無(wú)線通信任務(wù)模塊通過(guò)RS485與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信； 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將控制中心、無(wú)線通信模塊和搜救機(jī)器人之間聯(lián)系起來(lái)，是整個(gè)系統(tǒng)通訊 的橋梁。
[0051] 如圖9所示，控制中心的上位機(jī)系統(tǒng)包括菜單模塊、狀態(tài)模塊、串口模塊、攝像頭模 塊、機(jī)械臂模塊、傳感器模塊和幫助模塊;菜單模塊選擇軟件功能;狀態(tài)模塊顯示機(jī)器人的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；串口模塊設(shè)置串口參數(shù);攝像頭模塊顯示視覺(jué)傳感器10的當(dāng)前數(shù)據(jù)和控制視覺(jué) 傳感器10的角度;機(jī)械臂模塊控制機(jī)械臂的動(dòng)作;傳感器模塊顯示各類傳感器的數(shù)據(jù)并且 具有報(bào)警功能;幫助模塊顯示軟件使用的注意事項(xiàng)及基本操作。
[0052] 如圖10所示，一種基于UC0SII的礦井搜救方法，具體搜救過(guò)程如下：
[0053] (1)控制中心發(fā)出搜索指令，通過(guò)無(wú)線通信模塊傳輸?shù)剿丫葯C(jī)器人，開(kāi)始無(wú)序搜 索。
[0054] (2)搜救機(jī)器人在搜索過(guò)程中，通過(guò)環(huán)境傳感器采集當(dāng)前環(huán)境參數(shù)信息，并且將當(dāng) 前環(huán)境參數(shù)信息進(jìn)行卡爾曼濾波后反饋至控制中心，控制中心可對(duì)采集到的環(huán)境參數(shù)信息 進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
[0055] (3)搜救機(jī)器人將視覺(jué)傳感器采集到的現(xiàn)場(chǎng)圖像信息實(shí)時(shí)地反饋到控制中心，控 制中