基本信息
- 項目名稱：
- 基于無線傳感器網絡和視覺的災難搜救機器人
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品針對突發(fā)災難救援，開發(fā)了移動機器人系統(tǒng)，用于建立環(huán)境監(jiān)測網絡和搜救幸存者。作品采用六輪平臺，通過無線進行遙控，可靈活攀爬樓梯；利用六自由度機械臂可在現(xiàn)場部署和組建ZigBee監(jiān)測網絡；設計了新型RF生命標簽以標記幸存者，幫助救援人員確定幸存者具體位置；采用了新穎的頭部姿態(tài)隨動視覺系統(tǒng)，使操控者如身臨現(xiàn)場，優(yōu)化了操作體驗，從而有效提高救援效率。
- 詳細介紹：
- 為了能夠幫助救援人員更加高效、安全地執(zhí)行救援任務，設計了該款能夠在災害現(xiàn)場幫助救援人員執(zhí)行搜救和偵察任務的遙控機器人系統(tǒng)。該機器人系統(tǒng)的核心功能包括三個方面：（1）移動機器人平臺可攜帶無線傳感器網絡（WSN）節(jié)點，在災難現(xiàn)場進行傳感器網絡的部署，并組建ZigBee無線傳感器網絡系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)潛在危險并指導救援人員搜尋幸存者；（2）機器人通過攜帶的基于ZigBee的“RF生命標簽”裝置，標記所發(fā)現(xiàn)的幸存者，并可根據RSSI機制幫助救援人員尋找幸存者;（3）機器人集成了基于視頻眼鏡的頭部隨動視覺系統(tǒng)，能夠給機器人的遙控者帶來更好的操控體驗，提高工作效率，更有效地幫助救援人員完成搜索和偵察任務。 移動機器人平臺采用了具有較強越野能力的六輪運動平臺，能夠完成爬樓梯、越障等高機動性動作，非常適合執(zhí)行災難現(xiàn)場的搜索與偵查任務。該機器人系統(tǒng)具有較強的的搜索和偵查能力，為了有效地對現(xiàn)場進行信息采集，由機器人攜帶各種無線傳感器網絡節(jié)點，通過其機械臂在現(xiàn)場部署WSN節(jié)點，結合機器人本身攜帶的移動節(jié)點，可構建實時監(jiān)測的ZigBee傳感器網絡。操作人員可以根據機器人災難從現(xiàn)場傳來的信息，如是否具有可燃氣體或有毒氣體或是否具有被困幸存者等，有效地指導救援人員實施救援或躲避潛在危險。該系統(tǒng)除了具有信息收集能力外，還可通過捆綁微型對講裝置的RF生命標簽可獲得幸存者數量和相對距離信息，并提供語音通訊，輔助救援人員搜尋幸存者。由于搜救機器人需要進入人所不能觀察到的災難現(xiàn)場內部，其圖像采集系統(tǒng)的性能對于機器人的搜索偵察能力具有重要影響。為了提高搜索偵察能力，設計了基于視頻眼鏡的頭部隨動視覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但能夠將影像和聲音實時呈現(xiàn)給操作者，而且能夠將操作者頭部的運動傳遞給了機器人高清攝像機云臺，使操作者與機器人同步觀察，給操作者以完全的第一人稱操作感。由于該搜救機器人平臺高度相對較低，其攝像機高度低于30cm，能夠充分利用火災現(xiàn)場地面附近的能見度相對較高的空間執(zhí)行搜索和偵察任務。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品針對突發(fā)災難救援，開發(fā)了移動機器人系統(tǒng)，用于建立環(huán)境監(jiān)測網絡和搜救幸存者。作品采用六輪平臺，通過無線進行遙控，可靈活攀爬樓梯，在現(xiàn)場部署和組建ZigBee監(jiān)測網絡；設計了新型RF生命標簽以標記幸存者，幫助救援人員確定幸存者具體位置；采用了新穎的頭部姿態(tài)隨動視覺系統(tǒng)，使操控者如身臨現(xiàn)場，優(yōu)化了操作體驗，從而有效提高救援效率。系統(tǒng)視覺清晰度為520電視線，遙控距離大于0.8Km，最大負載為5Kg，翻越樓梯坡度大于45°。
科學性、先進性
- 系統(tǒng)采用六輪獨立懸掛式移動平臺，運動靈活性優(yōu)于履帶式平臺，具有良好的越障和攀爬能力；采用UC/OS-II系統(tǒng)對機器人各項功能進行管理，提高了運行可靠性；攜帶紅外攝像機和輔助光源，可采集黑暗處的影像信息；可部署無線傳感器節(jié)點到災難現(xiàn)場并利用ZigBee技術實現(xiàn)自動組網，滿足多節(jié)點的數據傳輸要求；捆綁微型對講裝置的生命標簽，可獲得幸存者數量和相對距離信息，并提供語音通訊，輔助救援人員搜尋幸存者；利用MEMS傳感器實現(xiàn)攝像頭對操作者頭部運動跟蹤的交互技術，給操作者更加真實的FPV操作體驗，提高機器人操作效率。 參考文獻：[1]王忠民．災難搜救機器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．測控技術,2007,256(17):152～155.
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物，視頻，現(xiàn)場演示，圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本作品為半自主行駛的遙控機器人系統(tǒng)，操作者根據現(xiàn)場采集圖像聲音及傳感器信息，通過遙控平臺對機器人進行控制，結合頭部姿態(tài)隨動的視覺系統(tǒng)和手柄，操作者可獲得較好操作體驗。通過軟件可查看由機器人部署的ZigBee傳感器網絡結構、生命標簽信息及各傳感器監(jiān)測數據，使救援人員充分掌握現(xiàn)場實時情況。本機器人系統(tǒng)廣泛適用于災后廢墟等高危環(huán)境，能有效減輕救援人員所面臨的風險，提高救援行動的效率，具有良好的應用前景。
同類課題研究水平概述
- 當今世界災難頻發(fā)，錯綜復雜、險象環(huán)生的災害現(xiàn)場給救援人員及幸存者帶來巨大的威脅，世界上許多國家已開始從國家安全戰(zhàn)略角度研制災難救援機器人，尤其是美國、日本等西方發(fā)達國家，以相繼研發(fā)出各種用于災難救援的機器人系統(tǒng)，如履帶式搜救機器人、蛇形機器人等。目前災難救援機器人技術正從理論和試驗研究向實際應用發(fā)展。 911事件后，救援機器人技術在美國日益受到重視，多個高校的研究中心、國家研究機構和公司也同時進行了救援機器人的研究。南佛羅里達大學研制出安裝有醫(yī)學傳感器的救援機器人Bujold；明尼蘇達州大學研制出了一種特殊的機器人SCOUT，可用于多機器人并行作業(yè)；卡耐基梅隆大學研制出安裝在移動平臺上的蛇形機器人。作為一個多核能、多地震國家，日本在救援機器人方面開展了相對全面的工作。最近發(fā)生的日本地震以及引發(fā)的災難事故，使得國際上對救援機器人的研究又掀起了新一輪的熱潮，日本千葉大學緊急研制一款搜救機器人，整機防水防震，并可堅持在20SV的強放射性環(huán)境下工作，主要用于災后地形偵測與放射性強度測量。在我國，災難救援機器人也逐漸成為研究熱點之一，國內許多高校和研究所已開展該領域的研究。其中由公安部上海消防研究所、上海交通大學和上海消防局三家單位共同研制“履帶式、輪式消防滅火機器人”已經順利投入使用并取得了良好的效果。中科院沈陽自動化研究所已經成功研制出針對地震災害救援的復雜性的地震搜救機器人，可深入廢墟、危險化學品環(huán)境實行救援，目前已進入示范應用階段。 隨著信息技術發(fā)展，傳感器融合、無線傳感器網絡及傳感器定位導航技術已成為救援機器人研究的重要領域；高可靠的通訊方式也是當前搜救機器人領域的研究熱點之一；各種小型化的傳感器檢測裝置在機器人上得到廣泛應用，一些新興的MEMS傳感器也開始出現(xiàn)在各個機器人系統(tǒng)中，搜救機器人正向著小型化和便攜式方向發(fā)展；智能機器人系統(tǒng)和人機交互技術也是當前搜救機器人領域的一個重要研究方向，得到國內外研究機構的重視。 考慮到廢墟救援的實際需求，本機器人系統(tǒng)采用了六輪機器人平臺，使用CC2430低功耗單芯片ZigBee的解決方案，實現(xiàn)無線傳感器網絡節(jié)點在災難現(xiàn)場的部署和組網功能，并通過新穎的生命標簽技術，輔助搜尋幸存者。系統(tǒng)具備先進的視覺跟蹤系統(tǒng)，為操作者帶來了良好的操作體驗，有助于提高救援效率。
