水陸空機器人協同輔助救援方案探究

趙強　楊文靜　王涵　周錦源　崔書源

摘 要：對于消防救援來講，純人力或者是重型機械存在著周期長、效率低等缺點，因此，將具有自主智能的多功能微小型輔助救援機器人用于危險而復雜的環境中搜索和營救幸存者是非常實用的。本文以平臺性底層軟硬件為基礎，以智能傳感互聯、新型顯示、遠程通信和水陸空機器人協同等新一代信息技術為特征，以新設計、新工藝硬件為載體的新型智能監控和救援系統終端產品及服務。

關鍵詞：輔助救援;水陸空;協同;傳感互聯

隨著時代的進步，在人工智能和大數據新潮流的背景下，針對突如其來的地震、火災、洪水等情況，輔助機器人的出現可以減緩救援工作的壓力且增加救援的效率。根據救援機器人的性能指標及功能要求，結合國內外發展的現狀，設計一種可模塊化組裝，結構緊湊，可搭載救援工具的履帶式救援機器人。圍繞著陸地機器人，拓展救援環境的可能性，實現水陸空協同輔助救援。一方面，可以降低危險性，另一方面，可以跟上時代的腳步，有效的解決一些棘手的安全救援問題。目前國內外只是處于科研起步階段，還沒有一種成熟的預防和真正的輔助救援機器人產品，而大型的全自動救災機器人造價昂貴，維修費用極高，得不到推廣。

一、智能預防與救援機器人平臺

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

（一）整個救援軟硬件系統包含災害預防平臺和輔助救援平臺兩個部分，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架構體系，兩者通過不同的通道反饋到同一個終端。

（二）災害預防平臺可以對監測的安全隱患位置和參數設定，比如廚房是火災的高發區，可以將煙霧傳感器安置在某個特定位置，同時可以設置預判剛要發生火災時的煙霧濃度參數，通過GSM模塊遠程通信數據處理發送到終端，顯示煙霧濃度參數以及可能發生火災位置的相關信息。利用各參數的大數據融合分析，即可判斷家用電器等設備的問題所在，并及時更換。

（三）輔助救援平臺包含三類機器人，依據環境復雜程度可以選擇是否獨立工作，亦可在復雜環境中協同輔助救援。陸地機器人將搜救信息收集并作為向終端傳輸數據的主體，顯示溫度、距離、水深和顏色等重要有關救援參數信息。

二、設計思路

（一）多功能微小型輔助救援機器人以履帶作為骨架，對履帶式機器人進行三維建模、強度校核和運動仿真;零部件加工制造并裝配，配備適合多種援救環境的傳感器并集成應用，兼以80c51單片機的主控系統，結合無線視頻傳輸、生命信息及時定位等技術，同時，多功能微小型輔助救援機器人利用各種傳感器，實現對事故現場環境的檢測。

（二）具體研究版塊分為兩部分：機械結構和測控系統。結構設計包括底盤的設計和機械臂的設計，再根據運動學和動力學分別從幾何角度研究分析物體的運動和研究物體的機械運動與作用力之間的關系;測控系統由探測感知系統和遠程監控系統組成來更好的輔助機械機構，兩者相輔相成，缺一不可。無人機的飛行穩定性和續航能力是保證空中輔助救援的關鍵技術，水中機器人的防水和遠距離通信更是確保水中輔助救援的重要指標，通過對水陸空機器人的協同，可以確保救援工作達到最佳效率。

（三）利用二維繪圖軟件CAD和三維建模軟件SW對移動機器人的運動學和動力學進行建模和運動仿真，同時，對實物進行檢測驗證修改，特別是如何將水陸空機器人三者協同，如果解決了這個重要問題，即可達到真正的輔助人工救援的目的。

三、總結

微小型輔助救援機器人是一款有益于社會又促進科技進步的創新型產品，經過預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，整合用戶相關的行為數據，判斷家用電器等的完好程度。因此，構建這種針對客戶人身安全的預防災害和救援平臺，它是一種新型的商業模式，具有一定的創新性，未來市場潛力巨大。

參考文獻

[1] 樸春日，顏國正，王志武.一種履帶式機器人設計及其越障分析[J].現代制造工程，2013（3）：24-27.

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