心的视频显示界面可显示出当前灾难现场的图像信息。
[0056] (4)无线通信模块通过定位算法对当前的搜救机器人进行定位，并将其坐标信息 反馈至控制中心的上位机系统;上位机系统绘制各个搜救机器人运行轨迹图，实时分析当 前搜救路线。
[0057] (5)搜救机器人若通过热释电红外传感器检测到生命信息，便将在当前坐标定位 一个标志点，并将该标志点坐标信息反馈至控制中心，控制中心发出警报声，所有搜救机器 人都将以该标志点坐标为中心，进行组网联动搜索，逐步扩大搜索范围。
[0058] (6)搜救机器人上搭载的主控板在搜索过程中进行算法分析，对多种传感器及组 网信息进行数据融合算法，规划动态路径。
[0059] (7)灾难现场地图已搜索完毕，各搜救机器人按当前规划的最优搜救路径返回。
[0060] (8)进行下一个地图的搜索工作。
【主权项】
1. 一种基于UCOSII的矿井捜救系统，由控制中屯、、网络协调器、路由器节点和捜救机器 人组成，其特征在于:所述的捜救机器人携带移动终端节点;所述的移动终端节点将捜救机 器人采集到的数据发送到路由器节点；所述的路由器节点负责移动终端节点的路径查询， 并将数据转发到网络协调器;所述的网络协调器在接收到移动终端节点采集的数据信息 后，通过串口向控制中屯、发送数据;所述的控制中屯、在接收到数据后，实时显示现场环境参 数信息，并向捜救机器人发出指令； 所述的捜救机器人包括捜救机器人本体和捜救机器人动力系统;所述的捜救机器人本 体为Ξ层车体结构;车体底层放置电机驱动模块，包括电机驱动板和电机;车体中间层放置 电源模块及主控板，电源模块包括蓄电池和电源转换模块;机器人顶层放置多类环境传感 器、Ξ轴加速度传感器、无线通信模块和机械手;所述的环境传感器包括烟雾传感器、甲烧 传感器、溫湿度传感器和热释电红外传感器;所述的机械手为六自由度机械手;所述的主控 板设有负责控制算法调度及驱动各类传感器的下位机系统;捜救机器人本体设有视觉传感 器、雷达模块和轮胎。2. 根据权利要求1所述的一种基于UC0SII的矿井捜救系统，其特征在于:所述主控板的 核屯、为STM32F103RC型号微处理器;捜救机器人之间通过无线通信模块自主组网及精确定 位，无线通信模块采用ZigBee模块;ZigBee模块的TXURX1脚分别与微处理器的29、30脚相 连;烟雾传感器采用MQ2烟雾传感器，溫湿度传感器采用M2301数字溫湿度传感器;烟雾传感 器的输出脚ADC1与微处理器的11脚相连，微处理器的ADC采样烟雾传感器的输出电压;数字 溫湿度传感器的输出引脚ADC2与微处理器的20引脚相连;热释电红外传感器是BIS0001热 释电红外传感器;热释电红外传感器的触发脚EXTER1与微处理器的41脚相连，当热释电红 外传感器感应到人体红外线时，输出一个上升沿脉冲，微处理器捕获到运个脉冲，并向控制 中屯、发出报警信号;视觉传感器的TX2、RX2脚分别与微处理器的51脚、52脚相连，实现现场 图像的实时采集与传输己轴加速度传感器型号为MPU6050,其SCL引脚和SDA引脚分别与微 处理器的86、87引脚相连;雷达的OUT引脚与微处理器的57引脚相连;雷达、Ξ轴加速度传感 器、ZigBee模块、烟雾传感器、溫湿度传感器、视觉传感器和热释电红外传感器的VCC端都与 电源模块相连，GND端均接地;Ξ轴加速度传感器的其它引脚悬空； 所述的捜救机器人动力系统包括第一电机、第二电机、第Ξ电机、第四电机、第一驱动 器和第二驱动器;第一电机和第二电机驱动捜救机器人本体前面的两个轮胎，第Ξ电机和 第四电机驱动捜救机器人本体后面的两个轮胎;第一驱动器控制第一电机和第二电机，第 二驱动器控制第Ξ电机和第四电机;微处理器的2~10脚依次接第一驱动器的输入端口 A1、 A2、B1、B2及第二驱动器的输入端口 C1、C2、D1、D2;微处理器的58、59、61、62脚依次接入第一 驱动器的PWMA、PWMB脚及第二驱动器的PWMA、PWMB脚； 所述的机械手WArduino Uno R3单片机为控制板;Arduino加〇 R3单片机的5、6、7、 15、16、17脚与实现机械手六个自由度的六个舱机的信号端相连;六个舱机的VCC端都与电 源模块相连，GND端均接地;Arduino化0 R3单片机的2引脚与微处理器的46引脚相连，3引 脚与微处理器的45引脚相连。3. 根据权利要求1所述的一种基于UC0SII的矿井捜救系统，其特征在于:所述的无线通 信模块采用基于RSSI的极大似然估计算法来精确定位捜救机器人方位，确定捜救机器人坐 标;RSSI测距技术的公式为：；其中，Pt表示移动终端节点的 发射功率，取值为0地m;pL(d〇)表示距离为Im处的接受功率;p(d)为距离未知节点d处接收 的RSSI信号强度值;X。为遮蔽因子;极大似然估计算法是在已知η个参考节点的情况下，通 过求取未知节点到各个参考节点的距离均方差最小得到，η >3。4. 根据权利要求1所述的一种基于UCOSII的矿井捜救系统，其特征在于:所述的每种传 感器在无线传感器网络传输数据之前，通过卡尔曼滤波原理对采集的数据进行去噪处理。5. 根据权利要求1所述的一种基于UCOSII的矿井捜救系统，其特征在于:所述的下位机 系统为UCOSII嵌入式系统，包括开始任务模块及与开始任务模块通信的数据采集任务模 块、无线通讯任务模块、机械手控制任务模块和算法调度任务模块;数据采集任务模块管理 环境传感器、Ξ轴加速度传感器和视觉传感器;环境传感器通过RS232接口与数据采集任务 模块通讯;视觉传感器通过RS485接口将现场图像传送到数据采集任务模块中；Ξ轴加速度 传感器通过IIC接口将角度值传送到数据采集任务模块中；机械手控制任务模块管理捜救 机器人上搭载的机械手;算法调度任务模块通过主控板中的动态寻优算法输出PWM值，控制 各个电机的转速;无线通信任务模块通过RS485与无线传感器网络通信;无线传感器网络将 控制中屯、、无线通信模块和捜救机器人联系起来。6. 根据权利要求1所述的一种基于UCOSII的矿井捜救系统，其特征在于:所述控制中屯、 的上位机系统包括菜单模块、状态模块、串口模块、摄像头模块、机械臂模块、传感器模块和 帮助模块;菜单模块选择软件功能;状态模块显示机器人的运动状态；串口模块设置串口参 数;摄像头模块显示视觉传感器的当前数据和控制视觉传感器的角度;机械臂模块控制机 械臂的动作;传感器模块显示各类传感器的数据并且具有报警功能；帮助模块显示软件使 用的注意事项及基本操作。7. 根据权利要求1~6中任一项所述的一种基于UCOSII的矿井捜救系统进行捜救的方 法，其特征在于:该方法的具体步骤如下： 步骤一、控制中屯、发出捜索指令，通过无线通信模块传输到捜救机器人，捜救机器人开 始无序捜索； 步骤二、捜救机器人在捜索过程中，通过环境传感器采集当前环境参数信息，并且将当 前环境参数信息进行卡尔曼滤波后反馈至控制中屯、，控制中屯、对采集到的环境参数信息进 行实时分析； 步骤Ξ、捜救机器人将视觉传感器采集到的现场图像信息实时地反馈到控制中屯、，控 制中屯、的视频显示界面显示出当前灾难现场的图像信息； 步骤四、无线通信模块通过定位算法对当前的捜救机器人进行定位，并将捜救机器人 的坐标信息反馈至控制中屯、的上位机系统;上位机系统绘制各个捜救机器人运行轨迹图， 实时分析当前捜救路线； 步骤五、捜救机器人若通过热释电红外传感器检测到生命信息，便将在当前坐标定位 一个标志点，并将该标志点坐标信息反馈至控制中屯、，控制中屯、发出警报声，所有捜救机器 人都将W该标志点坐标为中屯、，进行组网联动捜索，逐步扩大捜索范围；捜救机器人若没有 检测到生命信息，则继续无序捜索； 步骤六、捜救机器人上搭载的主控板在捜索过程中进行算法分析，对多种传感器及组 网信息进行数据融合算法，规划动态路径； 步骤屯、灾难现场地图已捜索完毕，各捜救机器人按当前规划的最优捜救路径返回； 步骤八、进行下一个地图的捜索工作。
【专利摘要】本发明公开了一种基于UCOSII的矿井搜救系统及搜救方法。井下救援机器人需要良好的地形适应能力、避障能力以及搜索功能。本发明的搜救机器人携带移动终端节点；移动终端节点将搜救机器人采集到的数据发送到路由器节点；路由器节点负责移动终端节点的路径查询，并将数据转发到网络协调器；网络协调器在接收到移动终端节点采集的数据信息后，通过串口向控制中心发送数据；控制中心在接收到数据后，实时显示现场环境参数信息，并向搜救机器人发出指令。本发明帮助救援人员快速获取现场信息，探明被困人员位置、采集灾难现场环境参数信息、实时地返回灾难现场图像、动态规划搜救路径，力求搜救过程的高效性，为生命救援提供保障。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105573198
【申请号】CN201510936690
【发明人】高金凤, 陈伟杰, 张寿丰, 张楚澜
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月15日