水陆空机器人协同辅助救援方案探究

赵强　杨文静　王涵　周锦源　崔书源

摘 要：对于消防救援来讲，纯人力或者是重型机械存在着周期长、效率低等缺点，因此，将具有自主智能的多功能微小型辅助救援机器人用于危险而复杂的环境中搜索和营救幸存者是非常实用的。本文以平台性底层软硬件为基础，以智能传感互联、新型显示、远程通信和水陆空机器人协同等新一代信息技术为特征，以新设计、新工艺硬件为载体的新型智能监控和救援系统终端产品及服务。

关键词：辅助救援;水陆空;协同;传感互联

随着时代的进步，在人工智能和大数据新潮流的背景下，针对突如其来的地震、火灾、洪水等情况，辅助机器人的出现可以减缓救援工作的压力且增加救援的效率。根据救援机器人的性能指标及功能要求，结合国内外发展的现状，设计一种可模块化组装，结构紧凑，可搭载救援工具的履带式救援机器人。围绕着陆地机器人，拓展救援环境的可能性，实现水陆空协同辅助救援。一方面，可以降低危险性，另一方面，可以跟上时代的脚步，有效的解决一些棘手的安全救援问题。目前国内外只是处于科研起步阶段，还没有一种成熟的预防和真正的辅助救援机器人产品，而大型的全自动救灾机器人造价昂贵，维修费用极高，得不到推广。

一、智能预防与救援机器人平台

针对目前市场上的硬件与软件短板，我们充分利用最新的机器人传感器集成技术、水陆空机器人协同理念和GSM模块远程监控的形式，为普通住户、单位和企业提供灾害险情预防服务;为处于不同复杂灾害环境当中的需要帮助的人提供辅助救援。而精确的险情预防和高效的辅助救援依靠一套智能化硬件和控制系统，完善的救援体系和软硬件控制即可做到这一点。辅助救援系统具备的功能说明如下：

（一）整个救援软硬件系统包含灾害预防平台和辅助救援平台两个部分，前者属于低廉的投入换来的“防患于未然”，后者属于高效辅助救援的技术架构体系，两者通过不同的通道反馈到同一个终端。

（二）灾害预防平台可以对监测的安全隐患位置和参数设定，比如厨房是火灾的高发区，可以将烟雾传感器安置在某个特定位置，同时可以设置预判刚要发生火灾时的烟雾浓度参数，通过GSM模块远程通信数据处理发送到终端，显示烟雾浓度参数以及可能发生火灾位置的相关信息。利用各参数的大数据融合分析，即可判断家用电器等设备的问题所在，并及时更换。

（三）辅助救援平台包含三类机器人，依据环境复杂程度可以选择是否独立工作，亦可在复杂环境中协同辅助救援。陆地机器人将搜救信息收集并作为向终端传输数据的主体，显示温度、距离、水深和颜色等重要有关救援参数信息。

二、设计思路

（一）多功能微小型辅助救援机器人以履带作为骨架，对履带式机器人进行三维建模、强度校核和运动仿真;零部件加工制造并装配，配备适合多种援救环境的传感器并集成应用，兼以80c51单片机的主控系统，结合无线视频传输、生命信息及时定位等技术，同时，多功能微小型辅助救援机器人利用各种传感器，实现对事故现场环境的检测。

（二）具体研究版块分为两部分：机械结构和测控系统。结构设计包括底盘的设计和机械臂的设计，再根据运动学和动力学分别从几何角度研究分析物体的运动和研究物体的机械运动与作用力之间的关系;测控系统由探测感知系统和远程监控系统组成来更好的辅助机械机构，两者相辅相成，缺一不可。无人机的飞行稳定性和续航能力是保证空中辅助救援的关键技术，水中机器人的防水和远距离通信更是确保水中辅助救援的重要指标，通过对水陆空机器人的协同，可以确保救援工作达到最佳效率。

（三）利用二维绘图软件CAD和三维建模软件SW对移动机器人的运动学和动力学进行建模和运动仿真，同时，对实物进行检测验证修改，特别是如何将水陆空机器人三者协同，如果解决了这个重要问题，即可达到真正的辅助人工救援的目的。

三、总结

微小型辅助救援机器人是一款有益于社会又促进科技进步的创新型产品，经过预先在普通居民和单位、家里安装特定需求的传感器，并连接到终端，整合用户相关的行为数据，判斷家用电器等的完好程度。因此，构建这种针对客户人身安全的预防灾害和救援平台，它是一种新型的商业模式，具有一定的创新性，未来市场潜力巨大。

参考文献

[1] 朴春日，颜国正，王志武.一种履带式机器人设计及其越障分析[J].现代制造工程，2013（3）：24-27.

[2] 李浩. 一种轮履复合救援机器人底盘的动力学分析与优化[D].天津理工大学，2015.