裴曙光

（鹽城幼兒師范高等?？茖W(xué)校，江蘇 鹽城 224005）

因地震、礦難、火災(zāi)等災(zāi)難事故的頻發(fā)，災(zāi)難后救援任務(wù)的開展愈發(fā)受到人們關(guān)注，如何快速完成救援任務(wù)，精準(zhǔn)探測(cè)救援目標(biāo)，成為內(nèi)業(yè)研究重點(diǎn)。但是因事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境地質(zhì)的復(fù)雜，使得救援任務(wù)的開展存在較大難度。而借助智能搜救機(jī)器人的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)自由穿梭于事故場(chǎng)地，最短時(shí)間內(nèi)幫助救援人員完成任務(wù)與目標(biāo)，在提升救援效率的同時(shí)，保障救援人員性命安全。但是隨著救援任務(wù)的增多以及救援需求的加大，使得傳統(tǒng)搜集機(jī)器人的應(yīng)用無(wú)法滿足實(shí)際搜集要求，需要通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)的充分融合，提升搜救機(jī)器人操作智能性、精準(zhǔn)性，為救援任務(wù)的高效、高質(zhì)量開展提供保障。

1 智能搜救機(jī)器人研究現(xiàn)狀分析

地震、火災(zāi)、礦難事故的頻發(fā)，使得各國(guó)對(duì)智能搜救機(jī)器人的研發(fā)不斷加大力度，目前智能搜集機(jī)器人的類型的研究具體包括：（1）履帶式。在威脅物拆除作業(yè)、軍事偵察等任務(wù)中，履帶式智能機(jī)器人（如圖1）的應(yīng)用較為普遍，主要是在輪式搜救機(jī)器人的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)造的。此類搜救機(jī)器人體積相對(duì)較大。（2）可變性機(jī)器人。此類型搜救機(jī)器人多用于狹窄空間的救援任務(wù)，為確保機(jī)器人在處于狹小空間內(nèi)可以自由移動(dòng)，在保障視野的前提下，能夠通過(guò)調(diào)整自身尺寸來(lái)提升自身靈活性，例如PackBot 系列、MicroV GTV 等多態(tài)機(jī)器人。（3）仿生機(jī)器人。仿生搜集機(jī)器人的研發(fā)其目的在于實(shí)現(xiàn)從更小的空間中開展搜救任務(wù)，各國(guó)依據(jù)對(duì)生態(tài)學(xué)原理的應(yīng)用，研發(fā)出多種仿生形態(tài)智能搜救機(jī)器人，例如蛇形、蠅形搜救機(jī)器人等。

圖1 履帶式搜救機(jī)器人

2 機(jī)器人整體設(shè)計(jì)方案。

2.1 多傳感感知模塊

搜救機(jī)器人之所以可以按照相關(guān)指令、命令來(lái)開展搜救任務(wù)，主要是依托于傳感器的應(yīng)用，通過(guò)發(fā)揮傳感器導(dǎo)向性作用為機(jī)器人運(yùn)行提供支撐。傳感器的應(yīng)用，可以探測(cè)機(jī)器人周圍環(huán)境、物質(zhì)的相關(guān)信息，通過(guò)參數(shù)計(jì)算來(lái)明確機(jī)器人所處環(huán)境，為搜集任務(wù)的開展提供保障。常用傳感器類型包括紅外血測(cè)距傳感器與人體感應(yīng)傳感器。針對(duì)紅外測(cè)距傳感器的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷周圍環(huán)境以及存在物質(zhì)，通過(guò)信息顯示的形式來(lái)體現(xiàn)障礙物信息，將周圍環(huán)境以立體化、全方位的形式呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的精準(zhǔn)排除。針對(duì)人體感應(yīng)傳感器的應(yīng)用，其本質(zhì)就是應(yīng)用熱釋紅外傳感器，通過(guò)電信號(hào)的形式進(jìn)行紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化。在具體運(yùn)行期間，若探測(cè)范圍內(nèi)不存在生還者，感應(yīng)器所搜集的信號(hào)則以背景溫度體現(xiàn)為主；若探測(cè)范圍內(nèi)存在生還者，機(jī)器人可以依托于菲涅爾透鏡的應(yīng)用，探測(cè)并捕捉生還者的人體現(xiàn)象，此時(shí)顯示板中人體溫度與背景溫度會(huì)差異體現(xiàn)，表明生還者尚存生命現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)對(duì)生還者精準(zhǔn)定位。

2.2 無(wú)線通信模塊

作為搜救機(jī)器人無(wú)線智能控制的基礎(chǔ)性前提，無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)至關(guān)重要。以WIFI 控制型智能搜救機(jī)器人為例，采用TTL 串口通信單片機(jī)，設(shè)置Linux 電腦，在智能機(jī)器人車身中設(shè)置加載USB 攝像頭、Ser2net 程序等，并將mjpgstreamer 程序設(shè)置于WIFI 模塊中，有效編碼US 攝像頭視頻，借助無(wú)線傳輸形式，實(shí)現(xiàn)控制端（智能移動(dòng)端、PC 端）對(duì)視頻的接收。通常情況下，為達(dá)到刷機(jī)和調(diào)試的目的，會(huì)進(jìn)行TLL 串口的預(yù)留。

2.3 驅(qū)動(dòng)及其載體模塊

機(jī)器人載體的選擇至關(guān)重要，本研究選取雙履帶式車身載體，可以更好的適應(yīng)各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，并滿足機(jī)器人車身因多功能模塊設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的載重要求。履帶式載體在抓地力方面表現(xiàn)優(yōu)異，保證機(jī)器人在凹凸不平地面運(yùn)行時(shí)有著較高的穩(wěn)定性。針對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)，為滿足機(jī)器人動(dòng)力要求，保障機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行，為車身裝置12V 功率電機(jī)2 個(gè)，直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采取L298n 芯片。該芯片的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)二相、四相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，其信號(hào)的提供可以直接利用單片機(jī)IO，具體使用過(guò)程中有著較強(qiáng)的便利性。此外，為保障驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定性與安全性，其電路設(shè)計(jì)形式體現(xiàn)為光耦隔離電路。

2.4 機(jī)械臂

機(jī)械臂作為智能搜救機(jī)器人結(jié)構(gòu)中的重要組成，承擔(dān)著搬運(yùn)、抓舉的任務(wù)，必須保證機(jī)械臂動(dòng)力設(shè)計(jì)滿足預(yù)期要求，才能確保機(jī)械臂可以對(duì)重物輕松承托與抓舉。鑒于此，需依據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行機(jī)械臂的科學(xué)設(shè)計(jì)。通常情況下，機(jī)械臂設(shè)計(jì)多為MG996R 大扭矩舵機(jī)配置6 個(gè)，并為機(jī)械臂設(shè)計(jì)6 個(gè)自由度，以此實(shí)現(xiàn)達(dá)到多角度旋轉(zhuǎn)的目的，并保證機(jī)械臂有足夠的動(dòng)力。

2.5 舵機(jī)云臺(tái)攝像頭

作為事故現(xiàn)場(chǎng)信息搜集的重要組件，攝像頭主要任務(wù)為現(xiàn)場(chǎng)視頻信息的收集與捕捉。為避免攝像頭在運(yùn)行期間受到灰塵、煙霧等因素的限制，應(yīng)選用紅外攝像頭、免驅(qū)高清攝像頭，確保機(jī)器人在處于黑暗環(huán)境下仍具有較強(qiáng)的捕捉能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)生存者狀態(tài)信息、周圍環(huán)境信息的有效辨識(shí)。在安置攝像頭時(shí)，為提升攝像頭旋轉(zhuǎn)靈活性，可采用雙軸云臺(tái)底座，以便于攝像頭的隨意旋轉(zhuǎn)，提升攝像頭信息監(jiān)測(cè)、采集范圍。依托于對(duì)PWM 脈沖的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)云臺(tái)進(jìn)行舵機(jī)角度的旋轉(zhuǎn)，在運(yùn)行期間，運(yùn)動(dòng)命令從控制端發(fā)出，而云臺(tái)則可以依據(jù)動(dòng)作命令指示，進(jìn)行舵機(jī)角度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)信息的全方位、多角度采集與捕捉。

2.6 互聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)結(jié)合

搜救機(jī)器人與互聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)的融合，血可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人智能性、自動(dòng)性以及科技性的提升。在具體應(yīng)用過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人依據(jù)對(duì)周圍環(huán)境信息的掌握，進(jìn)行任務(wù)方案的自行決定。在進(jìn)入未知區(qū)域后，機(jī)器人會(huì)將相應(yīng)信息數(shù)據(jù)以視頻的形式傳輸至操作人員控制端，而此時(shí)控制人員可結(jié)合具體情況發(fā)布相應(yīng)指令。或者是在搜救環(huán)境較為安全、簡(jiǎn)單前提下，可下令機(jī)器人進(jìn)行救援方案的自行制定，進(jìn)而提升搜救效率，降低控制人員任務(wù)量。

3 搜救機(jī)器人與互聯(lián)網(wǎng)智技術(shù)結(jié)合發(fā)展前景

3.1 實(shí)現(xiàn)發(fā)展領(lǐng)域創(chuàng)新

作為新興研究領(lǐng)域，智能搜救機(jī)器人的研究愈發(fā)受到人們的重視。搜救機(jī)器人同樣具備威脅作業(yè)的特點(diǎn)，所以將危險(xiǎn)作為機(jī)器人的核心技術(shù)應(yīng)用于搜集機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)對(duì)搜救機(jī)器人研究的創(chuàng)新。依據(jù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人執(zhí)行層與規(guī)劃層執(zhí)行結(jié)構(gòu)受到監(jiān)督層操控人員的管控，進(jìn)一步提升搜救任務(wù)的開展的高效性，并保障救援任務(wù)的順利開展。

3.2 智能化搜救任務(wù)的開展

傳統(tǒng)搜救機(jī)器人的應(yīng)用，需要操控者在作業(yè)期間始終保持高度集中的狀態(tài)，并且工作量相對(duì)較大。而借助互聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)操作便捷性的提升，操控者工作量可大幅度降低，在提升搜救機(jī)器人操控靈活性、便捷性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)救援任務(wù)的高效完成。通過(guò)智能技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)操控者遠(yuǎn)程獲取事故現(xiàn)場(chǎng)具體情況信息，具體包括搜救機(jī)器人狀態(tài)信息、位置信息，以及生還者狀態(tài)信息、位置信息等，為救援決策的制定提供數(shù)據(jù)支撐。此狀態(tài)下，操控者會(huì)從以往的單方面控制搜救機(jī)器人而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人與操控者二者共同配合來(lái)開展救援任務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，搜救機(jī)器人與互聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)的融合，可提升搜救機(jī)器人運(yùn)行與控制的智能化、自動(dòng)化已以及高效化，進(jìn)而顯著提升搜救任務(wù)開展的高效性與精準(zhǔn)性，在保障搜救任務(wù)順利開展的同時(shí)，保障搜救人員的人身安全。所以，需加大對(duì)互聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)與搜救機(jī)器人結(jié)合的研究力度，通過(guò)對(duì)智能搜救機(jī)器人的不斷研發(fā)與創(chuàng)新，為搜救任務(wù)的開展提供安全保障。