專利名稱：災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地震、化工廠爆炸、海上平臺(tái)等突發(fā)災(zāi)難發(fā)生后，往往道路、通信中斷、有毒氣體彌 漫，救援人員難以進(jìn)入災(zāi)難地區(qū)，信息獲取非常困難。災(zāi)害發(fā)生后的72小時(shí)是救援的黃金 時(shí)間，因此及時(shí)探測(cè)災(zāi)區(qū)的第一手現(xiàn)場信息對(duì)于營救和全局調(diào)度具有重要作用。目前采用 衛(wèi)星成像和無人機(jī)監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行信息收集，其價(jià)格昂貴，易受天氣、煙霧、偽裝和電子干擾 的影響。災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人，將機(jī)器人技術(shù)、營救行動(dòng)技術(shù)、 災(zāi)難學(xué)等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合，用于搜尋和營救，可以克服復(fù)雜天氣和多變環(huán)境的影響，在 第一時(shí)間空投進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場。通過機(jī)器人攜帶的各種傳感器，如攝像頭、語音交互系統(tǒng)、氣 敏傳感器、溫度傳感器、生物傳感器以及生命探測(cè)儀等，探測(cè)災(zāi)難現(xiàn)場的情況，通過遠(yuǎn)程無 線通信系統(tǒng)將災(zāi)害信息傳送至遠(yuǎn)程救援指揮中心?？胀稒C(jī)器人系統(tǒng)可以及時(shí)探測(cè)災(zāi)區(qū)的第 一手現(xiàn)場信息，對(duì)于緊急救援和全局調(diào)度具有重要作用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)，其特征 是包括V形軌道輪，傘降系統(tǒng)，自動(dòng)脫扣裝置，空投機(jī)器人本體，空投機(jī)器人著陸解鎖裝 置，緩沖著陸系統(tǒng)，遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)和傳感器。V型軌道輪安裝于著陸底盤兩側(cè)；傘降系 統(tǒng)和緩沖著陸系統(tǒng)通過自動(dòng)脫扣裝置連接；空投機(jī)器人本體通過空投機(jī)器人著陸解鎖裝置 緊固在緩沖著陸系統(tǒng)中；遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)包括安裝在空投機(jī)器人本體上的無線通信模塊 和布置在救援指揮中心的遠(yuǎn)程控制臺(tái)。
上述傘降系統(tǒng)由翼傘(滑翔比4 I)、圓傘、傘箱與控制器組成；翼傘采用矩形翼 面形式，材料為高強(qiáng)低彈的芳綸；傘繩按分叉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沿下弦向均勻分布，2根操縱繩各 控制單側(cè)7個(gè)氣室；通過電動(dòng)絞盤拉動(dòng)2根操縱繩來調(diào)整翼傘姿態(tài)，操縱控制模式包括自動(dòng) 尋跡和遠(yuǎn)程遙控兩種方式；基于慣導(dǎo)和GPS，采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)翼傘的自動(dòng)歸航。
上述緩沖著陸系統(tǒng)緊固空投機(jī)器人，包括圓冠形著陸底盤，內(nèi)部多層紙蜂窩覆蓋 層，外部多層紙蜂窩覆蓋層，空投機(jī)器人著陸解鎖裝置，V形軌道輪，防翻地錨和空投機(jī)器人 本體；內(nèi)部多層紙蜂窩覆蓋層與圓冠形著陸底盤內(nèi)側(cè)貼合，立面與著陸底盤切向垂直；外 部多層紙蜂窩覆蓋層與圓冠形著陸底盤外側(cè)貼合，立面與地面切向垂直；空投機(jī)器人著陸 解鎖裝置安裝有延時(shí)開關(guān)；防翻地錨為帶倒刺釘子結(jié)構(gòu)，位于圓冠形著陸底盤下并包裹在 外部多層紙蜂窩覆蓋層中形軌道輪位于圓冠形著陸底盤兩側(cè)。
上述可在廢墟表面運(yùn)動(dòng)的地面移動(dòng)探測(cè)機(jī)器人本體系統(tǒng)由主動(dòng)輪組，從動(dòng)輪組， 擺動(dòng)輪組，拖帶輪組，支撐輪組，云臺(tái)，履帶和車架組成；采用履帶行走方式，擺臂時(shí)采用履 帶形狀可變結(jié)構(gòu)，通過擺臂的運(yùn)動(dòng)來改變形狀，并將拖帶輪與擺臂聯(lián)動(dòng)；采用后輪驅(qū)動(dòng)，差 速轉(zhuǎn)向；攝像頭水平360°回轉(zhuǎn)，俯仰±30° ;履帶及輪子材料采用高分子阻燃材料。
上述可在廢墟表面運(yùn)動(dòng)的地面移動(dòng)探測(cè)機(jī)器人本體系統(tǒng)可以攜帶多種傳感器以 及急救物資進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場，傳感器包括攝像頭、語音交互系統(tǒng)、氣敏傳感器、溫度傳感器、生 物傳感器以及生命探測(cè)儀等；急救物資包括藥品、海事衛(wèi)星電話等。
上述可靠傳輸?shù)男」β蔬h(yuǎn)程無線雙向信息交互通信系統(tǒng)設(shè)置主、副兩個(gè)無線通信 通道，主通道系統(tǒng)采用基于COFDM技術(shù)的無線圖像傳輸方案，副通道由操縱器、遙控?zé)o線發(fā) 射電路和遙控接收電路組成。
本發(fā)明成本低，穩(wěn)定性好，對(duì)于災(zāi)害發(fā)生后的信息快速獲取和緊急救援起到重要 作用，可應(yīng)用于地震、化工企業(yè)、海上平臺(tái)突發(fā)災(zāi)難等，對(duì)減災(zāi)防災(zāi)應(yīng)急處理將起到示范和 引導(dǎo)作用。本發(fā)明各模塊技術(shù)(空投模塊、通信模塊、緩沖著陸模塊以及機(jī)器人模塊)都具 有獨(dú)立的應(yīng)用領(lǐng)域，這些技術(shù)都具有持續(xù)創(chuàng)新的可能，其潛力依然巨大。


圖1為本發(fā)明災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)組成簡圖。
圖2本發(fā)明的空投機(jī)器人本體系統(tǒng)簡圖。
圖3為本發(fā)明的信息交互通信系統(tǒng)流程圖。
圖4為本發(fā)明信息交互通信系統(tǒng)中主通道系統(tǒng)流程圖。
圖5為本發(fā)明信息交互通信系統(tǒng)中副通道系統(tǒng)流程圖。
圖1中，1-翼傘；2_圓傘；3_傘箱與控制器；4_帶緩沖裝置的機(jī)器人本體系統(tǒng)； 5-空投機(jī)器人著陸解鎖裝置；6_空投機(jī)器人本體；7-V形軌道輪；8_防翻地錨；9_外部多層 紙蜂窩覆蓋層；10_內(nèi)部多層紙蜂窩覆蓋層；11_圓冠形著陸底盤；12_遠(yuǎn)程控制臺(tái)。
圖2中，13-主動(dòng)輪組；14-支撐輪組；15-拖帶輪組；16-急救箱；17-通信天線； 18-控制系統(tǒng)；19_云臺(tái)；20_電池；21_傳動(dòng)鏈；22_履帶；23_擺動(dòng)輪組；24_擺臂；25_從 動(dòng)輪組；26_車架。
具體實(shí)施方式
災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)通過傘降系統(tǒng)進(jìn)行精確定 點(diǎn)空投，參見圖1，采用翼傘自尋跡，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)上空后，采用圓傘回收，保證了空投的精度。 緩沖著陸系統(tǒng)能夠充分吸收空投機(jī)器人本體落地時(shí)的沖擊能量，確保圖2的空投機(jī)器人本 體系統(tǒng)不受損傷。機(jī)器人本體系統(tǒng)落地后自動(dòng)與緩沖著陸系統(tǒng)分離，并開展移動(dòng)探測(cè)工作。 可靠傳輸?shù)男」β蔬h(yuǎn)程無線雙向信息交互通信系統(tǒng)則負(fù)責(zé)空投過程，移動(dòng)探測(cè)過程中的信 息傳遞，包括將現(xiàn)場信息傳送至控制臺(tái)，以及將控制指令傳送到機(jī)器人本體系統(tǒng)。
上述災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)參見圖1所示，由矩形 翼傘、圓傘、傘箱與控制器組成，首先將機(jī)器人本體系統(tǒng)通過空投機(jī)器人著陸解鎖裝置緊固 在緩沖著陸裝置內(nèi)，當(dāng)飛機(jī)飛臨空投空域時(shí)，緩沖著陸裝置攜帶機(jī)器人本體通過V形軌道 輪沿預(yù)定導(dǎo)軌被推出艙門，通過強(qiáng)制開傘的方式，翼傘展開，向空投預(yù)定區(qū)域滑翔(滑翔比4 I)，滑翔至預(yù)定區(qū)域，在盡可能低的高度，打開圓傘進(jìn)行回收，當(dāng)系統(tǒng)下降至7-10米， 連接降落傘和機(jī)器人本體系統(tǒng)的自動(dòng)脫扣裝置脫扣，緩沖著陸裝置攜帶機(jī)器人本體自由落 地。通過電動(dòng)絞盤拉動(dòng)2根操縱繩來調(diào)整翼傘姿態(tài)，操縱控制模式包括自動(dòng)尋跡和遠(yuǎn)程遙 控兩種方式；基于慣導(dǎo)和GPS，采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)翼傘的自動(dòng)歸航。
上述緩沖著陸系統(tǒng)包括圓冠形著陸底盤，底盤內(nèi)部和外部填充多層紙蜂窩覆蓋 層，緊固空投機(jī)器人本體；機(jī)器人本體系統(tǒng)自由落體運(yùn)動(dòng)落地時(shí)，緩沖著陸系統(tǒng)的內(nèi)部和外 部填充多層紙蜂窩覆蓋層充分吸收空投機(jī)器人本體落地時(shí)的沖擊，防翻地錨位于圓冠形著 陸底盤下并包裹在外部多層紙蜂窩覆蓋層中，在著陸瞬間插入地面，其倒刺結(jié)構(gòu)防止了著 陸系統(tǒng)的側(cè)翻和反彈，確?？胀稒C(jī)器人本體系統(tǒng)安全著陸；著陸后緩沖著陸系統(tǒng)能夠與空 投機(jī)機(jī)器人本體分離，不影響空投機(jī)器人本體開展移動(dòng)探測(cè)活動(dòng)。
上述機(jī)器人本體參見圖2，由主動(dòng)輪組，從動(dòng)輪組，擺動(dòng)輪組，拖帶輪組，支撐輪組， 云臺(tái)，履帶和車架組成；采用履帶行走方式，擺臂時(shí)采用履帶形狀可變結(jié)構(gòu)，通過擺臂的運(yùn) 動(dòng)來改變形狀，以適應(yīng)不同的地形，并將拖帶輪與擺臂進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，以補(bǔ)償履帶周長的變化， 通過遠(yuǎn)程控制臺(tái)可以控制機(jī)器人本體系統(tǒng)順利越障、爬樓梯等；采用后輪驅(qū)動(dòng)，差速轉(zhuǎn)向， 運(yùn)動(dòng)控制靈活，可實(shí)現(xiàn)原地回轉(zhuǎn)；攝像頭可以水平360°回轉(zhuǎn)，俯仰±30°，最大范圍監(jiān)視 周圍環(huán)境，并通過通信系統(tǒng)將現(xiàn)場信息實(shí)時(shí)傳送至救援中心的遠(yuǎn)程控制臺(tái)；機(jī)器人本體系 統(tǒng)具有抗振，防水和防火功能，能夠克服多變的天氣，適應(yīng)較為復(fù)雜的環(huán)境。
上述機(jī)器人本體系統(tǒng)可攜帶多種傳感器進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場，如攝像頭、語音交互系統(tǒng)、 氣敏傳感器，溫度傳感器，生物傳感器以及生命探測(cè)儀等。傳感器可以感知周圍環(huán)境有無有 毒氣體，有無生命跡象等，并通過機(jī)器人本體系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)將信息傳送回救援中心的 遠(yuǎn)程控制臺(tái)，有利于救援中心快速準(zhǔn)確的開展救援活動(dòng)。
上述可靠傳輸?shù)男」β蔬h(yuǎn)程無線雙向信息交互通信系統(tǒng)參見圖3，設(shè)置主副兩個(gè) 無線通信通道，主通道系統(tǒng)采用基于COFDM技術(shù)的無線圖像傳輸方案，其基本結(jié)構(gòu)見圖4， 功能是將機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)過程中所采集的音視頻信息實(shí)時(shí)發(fā)送到救援中心的遠(yuǎn)程控制臺(tái)， 救援中心接收到信息后，對(duì)機(jī)器人的下一步運(yùn)動(dòng)發(fā)出指令，副通道系統(tǒng)則將遙控指令傳送 到機(jī)器人，副通道系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)見圖5 ;通過遠(yuǎn)程無線雙向信息交互通信系統(tǒng)可以第一時(shí) 間了解災(zāi)難現(xiàn)場的第一手信息，有利于展開救援工作。
權(quán)利要求
1.一種災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是包括V形軌道輪，傘降系統(tǒng)，自動(dòng)脫扣裝置，空投機(jī)器人本體，空投機(jī)器人著陸解鎖裝置，緩沖著陸系統(tǒng)，遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)和傳感器…型軌道輪安裝于緩沖著陸系統(tǒng)著陸底盤兩側(cè)；傘降系統(tǒng)和緩沖著陸系統(tǒng)通過自動(dòng)脫扣裝置連接；空投機(jī)器人本體通過空投機(jī)器人著陸解鎖裝置緊固在緩沖著陸系統(tǒng)中；遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)包括空投機(jī)器人上的無線通信模塊和布置在救援指 車中心的遠(yuǎn)程控制臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述傘降系統(tǒng)由翼傘(I)、圓傘(2)、傘箱與控制器(3)組成；翼傘采用矩形翼面形式，材料為高強(qiáng)低彈的芳綸；傘繩按分叉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沿下弦向均勻分布，2根操縱繩各控制單側(cè)7個(gè)氣室；通過電動(dòng)絞盤拉動(dòng)2根操縱繩來調(diào)整翼傘姿態(tài)，操縱控制模式包括自動(dòng)尋跡和遠(yuǎn)程遙控兩種方式；基于慣導(dǎo)和GPS，采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)翼傘的自動(dòng)歸航。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述緩沖著陸系統(tǒng)緊固空投機(jī)器人，包括圓冠形著陸底盤(11)，內(nèi)部多層紙蜂窩覆蓋層(10)，外部多層紙蜂窩覆蓋層(9)，空投機(jī)器人著陸解鎖裝置(5)，V形軌道輪(7)，防翻地錨(8)和空投機(jī)器人本體￠);內(nèi)部多層紙蜂窩覆蓋層(10)與圓冠形著陸底盤(11)內(nèi)側(cè)貼合，立面與著陸底盤切向垂直；外部多層紙蜂窩覆蓋層(9)與圓冠形著陸底盤(11)外側(cè)貼合，立面與地面切向垂直；空投機(jī)器人著陸解鎖裝置(5)安裝有延時(shí)開關(guān)；防翻地錨(8)為帶倒刺釘子結(jié)構(gòu)，位于圓冠形著陸底盤(11)下并包裹在外部多層紙蜂窩覆蓋層(9)中；V形軌道輪(7)位于圓冠形著陸底盤(11)兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述機(jī)器人本體系統(tǒng)由主動(dòng)輪組(13)，從動(dòng)輪組(25)，擺動(dòng)輪組(23)，拖帶輪組(15)，支撐輪組(14)，云臺(tái)(19)，履帶(22)和車架(26)組成；采用履帶(22)行走方式，擺臂時(shí)采用履帶(21)形狀可變結(jié)構(gòu)，通過擺臂的運(yùn)動(dòng)來改變形狀，并將拖帶輪(15)與擺臂(24)聯(lián)動(dòng)；采用后輪驅(qū)動(dòng)，差速轉(zhuǎn)向；攝像頭水平360°回轉(zhuǎn)，俯仰±30° ;履帶(22)及輪子材料采用高分子阻燃材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述可在廢墟表面運(yùn)動(dòng)的地面移動(dòng)探測(cè)機(jī)器人本體攜帶多種傳感器以及急救物資進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場，傳感器包括攝像頭，語音交互系統(tǒng)，氣敏傳感器，溫度傳感器，生物傳感器以及生命探測(cè)儀等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述可靠傳輸?shù)男」β蔬h(yuǎn)程無線雙向信息交互通信系統(tǒng)設(shè)置主副兩個(gè)無線通信通道，主通道系統(tǒng)采用基于COFDM技術(shù)的無線圖像傳輸方案，副通道由操縱器、遙控?zé)o線發(fā)射電路和遙控接收電路組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種災(zāi)難環(huán)境下信息快速獲取與緊急救援空投機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括V形軌道輪，傘降系統(tǒng)，自動(dòng)脫扣裝置，空投機(jī)器人本體，空投機(jī)器人著陸解鎖裝置，緩沖著陸系統(tǒng)，遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)和傳感器。V型軌道輪安裝于著陸底盤兩側(cè)；傘降系統(tǒng)和緩沖著陸系統(tǒng)通過自動(dòng)脫扣裝置連接；空投機(jī)器人本體通過空投機(jī)器人著陸解鎖裝置緊固在緩沖著陸系統(tǒng)中；遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)包括空投機(jī)器人上的無線通信模塊和布置在救援指揮中心的遠(yuǎn)程控制臺(tái)。本發(fā)明涉及的空投機(jī)器人系統(tǒng)可在災(zāi)害發(fā)生后第一時(shí)間空投至災(zāi)害現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)了空投過程中的智能控制和精確定點(diǎn)空投，機(jī)器人安全著陸和實(shí)時(shí)多傳感器探測(cè)遠(yuǎn)程信息交互，對(duì)于緊急救援和全局調(diào)度具有重要意義。
文檔編號(hào)B64D1/02GK103029836SQ20111029628
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者張興會(huì), 鄧三鵬, 李 杰, 孫青林, 田南平, 何永利, 王仲民, 蔣永翔, 祁宇明, 亢曉峰, 謝雷, 續(xù)榮華, 許光華, 高亞 申請(qǐng)人:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)