心的視頻顯示界面可顯示出當(dāng)前災(zāi)難現(xiàn)場的圖像信息。
[0056] (4)無線通信模塊通過定位算法對當(dāng)前的搜救機(jī)器人進(jìn)行定位，并將其坐標(biāo)信息 反饋至控制中心的上位機(jī)系統(tǒng);上位機(jī)系統(tǒng)繪制各個(gè)搜救機(jī)器人運(yùn)行軌跡圖，實(shí)時(shí)分析當(dāng) 前搜救路線。
[0057] (5)搜救機(jī)器人若通過熱釋電紅外傳感器檢測到生命信息，便將在當(dāng)前坐標(biāo)定位 一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，并將該標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)信息反饋至控制中心，控制中心發(fā)出警報(bào)聲，所有搜救機(jī)器 人都將以該標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)為中心，進(jìn)行組網(wǎng)聯(lián)動搜索，逐步擴(kuò)大搜索范圍。
[0058] (6)搜救機(jī)器人上搭載的主控板在搜索過程中進(jìn)行算法分析，對多種傳感器及組 網(wǎng)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合算法，規(guī)劃動態(tài)路徑。
[0059] (7)災(zāi)難現(xiàn)場地圖已搜索完畢，各搜救機(jī)器人按當(dāng)前規(guī)劃的最優(yōu)搜救路徑返回。
[0060] (8)進(jìn)行下一個(gè)地圖的搜索工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于UCOSII的礦井捜救系統(tǒng)，由控制中屯、、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器節(jié)點(diǎn)和捜救機(jī)器 人組成，其特征在于:所述的捜救機(jī)器人攜帶移動終端節(jié)點(diǎn);所述的移動終端節(jié)點(diǎn)將捜救機(jī) 器人采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到路由器節(jié)點(diǎn)；所述的路由器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)移動終端節(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;所述的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在接收到移動終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)信息 后，通過串口向控制中屯、發(fā)送數(shù)據(jù);所述的控制中屯、在接收到數(shù)據(jù)后，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場環(huán)境參 數(shù)信息，并向捜救機(jī)器人發(fā)出指令； 所述的捜救機(jī)器人包括捜救機(jī)器人本體和捜救機(jī)器人動力系統(tǒng);所述的捜救機(jī)器人本 體為Ξ層車體結(jié)構(gòu);車體底層放置電機(jī)驅(qū)動模塊，包括電機(jī)驅(qū)動板和電機(jī);車體中間層放置 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)器人頂層放置多類環(huán)境傳感 器、Ξ軸加速度傳感器、無線通信模塊和機(jī)械手;所述的環(huán)境傳感器包括煙霧傳感器、甲燒 傳感器、溫濕度傳感器和熱釋電紅外傳感器;所述的機(jī)械手為六自由度機(jī)械手;所述的主控 板設(shè)有負(fù)責(zé)控制算法調(diào)度及驅(qū)動各類傳感器的下位機(jī)系統(tǒng);捜救機(jī)器人本體設(shè)有視覺傳感 器、雷達(dá)模塊和輪胎。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于UC0SII的礦井捜救系統(tǒng)，其特征在于:所述主控板的 核屯、為STM32F103RC型號微處理器;捜救機(jī)器人之間通過無線通信模塊自主組網(wǎng)及精確定 位，無線通信模塊采用ZigBee模塊;ZigBee模塊的TXURX1腳分別與微處理器的29、30腳相 連;煙霧傳感器采用MQ2煙霧傳感器，溫濕度傳感器采用M2301數(shù)字溫濕度傳感器;煙霧傳感 器的輸出腳ADC1與微處理器的11腳相連，微處理器的ADC采樣煙霧傳感器的輸出電壓;數(shù)字 溫濕度傳感器的輸出引腳ADC2與微處理器的20引腳相連;熱釋電紅外傳感器是BIS0001熱 釋電紅外傳感器;熱釋電紅外傳感器的觸發(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，微處理器捕獲到運(yùn)個(gè)脈沖，并向控制 中屯、發(fā)出報(bào)警信號;視覺傳感器的TX2、RX2腳分別與微處理器的51腳、52腳相連，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場 圖像的實(shí)時(shí)采集與傳輸己軸加速度傳感器型號為MPU6050,其SCL引腳和SDA引腳分別與微 處理器的86、87引腳相連;雷達(dá)的OUT引腳與微處理器的57引腳相連;雷達(dá)、Ξ軸加速度傳感 器、ZigBee模塊、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、視覺傳感器和熱釋電紅外傳感器的VCC端都與 電源模塊相連，GND端均接地;Ξ軸加速度傳感器的其它引腳懸空； 所述的捜救機(jī)器人動力系統(tǒng)包括第一電機(jī)、第二電機(jī)、第Ξ電機(jī)、第四電機(jī)、第一驅(qū)動 器和第二驅(qū)動器;第一電機(jī)和第二電機(jī)驅(qū)動捜救機(jī)器人本體前面的兩個(gè)輪胎，第Ξ電機(jī)和 第四電機(jī)驅(qū)動捜救機(jī)器人本體后面的兩個(gè)輪胎;第一驅(qū)動器控制第一電機(jī)和第二電機(jī)，第 二驅(qū)動器控制第Ξ電機(jī)和第四電機(jī);微處理器的2~10腳依次接第一驅(qū)動器的輸入端口 A1、 A2、B1、B2及第二驅(qū)動器的輸入端口 C1、C2、D1、D2;微處理器的58、59、61、62腳依次接入第一 驅(qū)動器的PWMA、PWMB腳及第二驅(qū)動器的PWMA、PWMB腳； 所述的機(jī)械手WArduino Uno R3單片機(jī)為控制板;Arduino加〇 R3單片機(jī)的5、6、7、 15、16、17腳與實(shí)現(xiàn)機(jī)械手六個(gè)自由度的六個(gè)艙機(jī)的信號端相連;六個(gè)艙機(jī)的VCC端都與電 源模塊相連，GND端均接地;Arduino化0 R3單片機(jī)的2引腳與微處理器的46引腳相連，3引 腳與微處理器的45引腳相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于UC0SII的礦井捜救系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線通 信模塊采用基于RSSI的極大似然估計(jì)算法來精確定位捜救機(jī)器人方位，確定捜救機(jī)器人坐 標(biāo);RSSI測距技術(shù)的公式為：；其中，Pt表示移動終端節(jié)點(diǎn)的 發(fā)射功率，取值為0地m;pL(d〇)表示距離為Im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)的距離均方差最小得到，η >3。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于UCOSII的礦井捜救系統(tǒng)，其特征在于:所述的每種傳 感器在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)之前，通過卡爾曼濾波原理對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于UCOSII的礦井捜救系統(tǒng)，其特征在于:所述的下位機(jī) 系統(tǒng)為UCOSII嵌入式系統(tǒng)，包括開始任務(wù)模塊及與開始任務(wù)模塊通信的數(shù)據(jù)采集任務(wù)模 塊、無線通訊任務(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、Ξ軸加速度傳感器和視覺傳感器;環(huán)境傳感器通過RS232接口與數(shù)據(jù)采集任務(wù) 模塊通訊;視覺傳感器通過RS485接口將現(xiàn)場圖像傳送到數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊中；Ξ軸加速度 傳感器通過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)模塊管理捜救 機(jī)器人上搭載的機(jī)械手;算法調(diào)度任務(wù)模塊通過主控板中的動態(tài)尋優(yōu)算法輸出PWM值，控制 各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;無線通信任務(wù)模塊通過RS485與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將 控制中屯、、無線通信模塊和捜救機(jī)器人聯(lián)系起來。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于UCOSII的礦井捜救系統(tǒng)，其特征在于:所述控制中屯、 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)動狀態(tài)；串口模塊設(shè)置串口參 數(shù);攝像頭模塊顯示視覺傳感器的當(dāng)前數(shù)據(jù)和控制視覺傳感器的角度;機(jī)械臂模塊控制機(jī) 械臂的動作;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。7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的一種基于UCOSII的礦井捜救系統(tǒng)進(jìn)行捜救的方 法，其特征在于:該方法的具體步驟如下： 步驟一、控制中屯、發(fā)出捜索指令，通過無線通信模塊傳輸?shù)綊染葯C(jī)器人，捜救機(jī)器人開 始無序捜索； 步驟二、捜救機(jī)器人在捜索過程中，通過環(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屯、，控制中屯、對采集到的環(huán)境參數(shù)信息進(jìn) 行實(shí)時(shí)分析； 步驟Ξ、捜救機(jī)器人將視覺傳感器采集到的現(xiàn)場圖像信息實(shí)時(shí)地反饋到控制中屯、，控 制中屯、的視頻顯示界面顯示出當(dāng)前災(zāi)難現(xiàn)場的圖像信息； 步驟四、無線通信模塊通過定位算法對當(dāng)前的捜救機(jī)器人進(jìn)行定位，并將捜救機(jī)器人 的坐標(biāo)信息反饋至控制中屯、的上位機(jī)系統(tǒng);上位機(jī)系統(tǒng)繪制各個(gè)捜救機(jī)器人運(yùn)行軌跡圖， 實(shí)時(shí)分析當(dāng)前捜救路線； 步驟五、捜救機(jī)器人若通過熱釋電紅外傳感器檢測到生命信息，便將在當(dāng)前坐標(biāo)定位 一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，并將該標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)信息反饋至控制中屯、，控制中屯、發(fā)出警報(bào)聲，所有捜救機(jī)器 人都將W該標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)為中屯、，進(jìn)行組網(wǎng)聯(lián)動捜索，逐步擴(kuò)大捜索范圍；捜救機(jī)器人若沒有 檢測到生命信息，則繼續(xù)無序捜索； 步驟六、捜救機(jī)器人上搭載的主控板在捜索過程中進(jìn)行算法分析，對多種傳感器及組 網(wǎng)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合算法，規(guī)劃動態(tài)路徑； 步驟屯、災(zāi)難現(xiàn)場地圖已捜索完畢，各捜救機(jī)器人按當(dāng)前規(guī)劃的最優(yōu)捜救路徑返回； 步驟八、進(jìn)行下一個(gè)地圖的捜索工作。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于UCOSII的礦井搜救系統(tǒng)及搜救方法。井下救援機(jī)器人需要良好的地形適應(yīng)能力、避障能力以及搜索功能。本發(fā)明的搜救機(jī)器人攜帶移動終端節(jié)點(diǎn)；移動終端節(jié)點(diǎn)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)；路由器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)移動終端節(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；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在接收到移動終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)信息后，通過串口向控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)；控制中心在接收到數(shù)據(jù)后，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)信息，并向搜救機(jī)器人發(fā)出指令。本發(fā)明幫助救援人員快速獲取現(xiàn)場信息，探明被困人員位置、采集災(zāi)難現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)信息、實(shí)時(shí)地返回災(zāi)難現(xiàn)場圖像、動態(tài)規(guī)劃搜救路徑，力求搜救過程的高效性，為生命救援提供保障。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN105573198
【申請?zhí)枴緾N201510936690
【發(fā)明人】高金鳳, 陳偉杰, 張壽豐, 張楚瀾
【申請人】浙江理工大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月15日