基于WLAN的动态监控及应急处理机器人

赵方昕 沈阳理工大学

基于WLAN的动态监控及应急处理机器人

赵方昕 沈阳理工大学

随着无线通信技术的快速发展，WLAN技术在动态监控和应急处理方面也得到广泛应用。本文将对基于WLAN的动态监控系统进行分析，包括系统组成结构和定位原理。在此基础上，探讨基于WLAN的应急处理机器人设计，包括机器人性能需求分析、总体设计方案、机器人悬架设计和软件设计等。

WLAN无线通信技术 动态监控系统 应急处理及其人

前言：近年来，地震、火灾、海啸等事件频发，造成了大量的人员伤亡和经济财产损失。在灾害救援过程中，由于灾难事故发生突然，救援难度较高，难以对事态发展进行有效控制，而且救援工作也具有较高的危险性。在此情况下，基于WLAN的动态监控技术以及应急处理机器人在灾难现场勘测和救援工作中发挥出重要作用，可以提高救援效率以及救援安全性。

1 基于WLAN的动态监控技术

1.1 基于WLAN的动态监控系统组成

WLAN技术采用IEEEE802.11标准，能够在部分热点区域提供无线联网功能。系统主要由无线网卡、无线接入设备、接入控制设备、和计算机设备等部分组成。WLAN的端口访问方式支持两种网络结构，分别是P2P模式和无线AP覆盖模式。其中，P2P模式不需要使用无线中间设备，是一种对等网络结构，可以将具有无线网卡的多个设备进行互联，只有其中一个设备连接Internet，就可以实现宽带共享。无线AP覆盖模式是一种基本网络结构，由无线AP承担联网和无线通信管理工作，允许不同AP之间的漫游，与传统局域网原理相似，但覆盖范围更广，通信质量更强。基于WLAN技术构建动态监控系统，可以实现远程无线通信和监控画面传输，并以WLAN定位原理为基础，实现对监控对象的实时监控。

2 基于WLAN的定位原理

WLAN定位算法有多种实现方式，根据定位原理进行划分，可以分为场景分析方法和基于距离的定位方法。其中，基于距离的定位方法包括到达时间算法、时间差算法、达到角算法和RSSI传输模型算法等。其具体差别在于：（1）到达时间算法利用无线信号在统一介质中传播速度不变的原理，通过测定基站与移动端的信号时间差，与传播速度相乘，可以算出信号传播距离，进而确定位置坐标。但在实践差测算上难以确保基站与移动端的精确同步，容易出现误差；（2）时间差法在此基础上进行改进，利用信号与两个基站的到达时间差来测定移动端位置，可以解决时间差计算精度的问题；（3）前两种算法均属于三角形测量法，还有一种基于圆形测量方法，以三个无线AP为圆心，如果三个圆存在位移交点，则该点为测定点，如果三个圆两两相交，出现三个交点，则结合其他信息进行推测。

3 基于WLAN的应急处理机器人设计

3.1 应急处理机器人的性能需求

在应急处理及其人的设计过程中，首先要确定机器人的机械性能指标。机器人性能指标由工作平台环境决定，同时也影响着机器人的系统结构设计。用于灾难救援的应激处理机器人要在较为恶劣的环境下工作，比如穿越井下坑道等，因此机器人必须具有较强的地形适应能力，能够穿越障碍，在各种环境的地面移动。在本次设计中，要求应急处理机器人的持续时间要达到2h以上，续航能力大于2km，最高运行速度可以达到1.5km/h，最大爬坡角度为25°。能够跨越的台阶高度大于150mm，能快过300mm以内的沟道。工作环境温度为-10℃～60℃之间。

4 基于WLAN的应急处理机器人总体设计

应急处理机器人采用轮式行动模式，主要由车体、悬架和轮系部分组成。其中悬架包含三个摇臂，前摇臂位于车体前侧，采取横向设计方式，左右摇臂分别位于车体两侧，关于车体对称。在应急处理机器人穿越障碍时，摇臂可以帮助其降低重心变化幅度。应急处理机器人采用轮系独立读懂方式，内部安装驱动电机，能够满足机器人平台动力和传动需求。应急处理机器人的控制系统由嵌入式核心控制器、底层微控制器组成，具体包括嵌入式计算机系统、语音接口、扬声器、USB接口、无线网卡、微控制器、USB供电装置、通用IO接口、A/D转换器和定时器等。基于WLAN技术进行通信传输和动态定位，能够确保数据采集传输的及时性和机器人控制的灵敏性。

5 应急机器人软件设计

应急机器人的软件系统采用C/S架构，由客户端和服务器两部分组成，具有可视化操作功能和显示功能，能够与服务器进行连接，接受指令，传递反馈数据。系统主要包含以下几个部分：（1）人机交互界面，主要用于向机器人平台核心控制器传送控制平陵，并将传感器采集到的数据和图像呈现给操作人员，交互界面应以简洁、操作方便为设计原则，便于操作处理；（2）通信模块，采用WLAN无线通信技术和Socket接口，能够实现网络实时通信和数据传输；（3）决策系统，具体包括任务处理模块、命令协议与串口通信模块等，用于对操作命令进行分解和执行，控制应急处理机器人进行执行、转弯、原地转向等动作。此外，还能控制视频采集，包括摄像头的开关和照明开关等。

6 结束语

综上所述，WLAN动态监控技术以及应急处理机器人在灾难救援等方面的应用，可以取代人工进行危险区域的数据采集等工作。以WLAN无线通信技术和定位技术为基础，可以实现对应急处理机器人的实时控制，并将采集到的数据图像返回给操作人员，为灾难救援提供依据。此外，应急处理机器人还具有良好的机械性能，能够应对多种复杂工况的运行需求，是一种先进的应急处理工具。

[1]张秀华. 基于WLAN/RFID信息融合的移动机器人自主定位算法研究[D].哈尔滨理工大学,2013.

[2]陈淼. 基于信号强度的WLAN室内定位跟踪系统研究[D].武汉大学,2012.