CN103029836A - 灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统。该系统包括V形轨道轮，伞降系统，自动脱扣装置，空投机器人本体，空投机器人着陆解锁装置，缓冲着陆系统，远程无线通信系统和传感器。V型轨道轮安装于着陆底盘两侧；伞降系统和缓冲着陆系统通过自动脱扣装置连接；空投机器人本体通过空投机器人着陆解锁装置紧固在缓冲着陆系统中；远程无线通信系统包括空投机器人上的无线通信模块和布置在救援指挥中心的远程控制台。本发明涉及的空投机器人系统可在灾害发生后第一时间空投至灾害现场，实现了空投过程中的智能控制和精确定点空投，机器人安全着陆和实时多传感器探测远程信息交互，对于紧急救援和全局调度具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统。
背景技术
地震、化工厂爆炸、海上平台等突发灾难发生后，往往道路、通信中断、有毒气体弥漫，救援人员难以进入灾难地区，信息获取非常困难。灾害发生后的72小时是救援的黄金时间，因此及时探测灾区的第一手现场信息对于营救和全局调度具有重要作用。目前采用卫星成像和无人机监测方式进行信息收集，其价格昂贵，易受天气、烟雾、伪装和电子干扰的影响。灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人，将机器人技术、营救行动技术、灾难学等多学科知识有机融合，用于搜寻和营救，可以克服复杂天气和多变环境的影响，在第一时间空投进入灾难现场。通过机器人携带的各种传感器，如摄像头、语音交互系统、气敏传感器、温度传感器、生物传感器以及生命探测仪等，探测灾难现场的情况，通过远程无线通信系统将灾害信息传送至远程救援指挥中心。空投机器人系统可以及时探测灾区的第一手现场信息，对于紧急救援和全局调度具有重要作用。
发明内容
本发明提供一种灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统，其特征是：包括V形轨道轮，伞降系统，自动脱扣装置，空投机器人本体，空投机器人着陆解锁装置，缓冲着陆系统，远程无线通信系统和传感器。V型轨道轮安装于着陆底盘两侧；伞降系统和缓冲着陆系统通过自动脱扣装置连接；空投机器人本体通过空投机器人着陆解锁装置紧固在缓冲着陆系统中；远程无线通信系统包括安装在空投机器人本体上的无线通信模块和布置在救援指挥中心的远程控制台。
上述伞降系统由翼伞(滑翔比4∶1)、圆伞、伞箱与控制器组成；翼伞采用矩形翼面形式，材料为高强低弹的芳纶；伞绳按分叉结构设计，沿下弦向均匀分布，2根操纵绳各控制单侧7个气室；通过电动绞盘拉动2根操纵绳来调整翼伞姿态，操纵控制模式包括自动寻迹和远程遥控两种方式；基于惯导和GPS，采用自适应算法实现翼伞的自动归航。
上述缓冲着陆系统紧固空投机器人，包括圆冠形着陆底盘，内部多层纸蜂窝覆盖层，外部多层纸蜂窝覆盖层，空投机器人着陆解锁装置，V形轨道轮，防翻地锚和空投机器人本体；内部多层纸蜂窝覆盖层与圆冠形着陆底盘内侧贴合，立面与着陆底盘切向垂直；外部多层纸蜂窝覆盖层与圆冠形着陆底盘外侧贴合，立面与地面切向垂直；空投机器人着陆解锁装置安装有延时开关；防翻地锚为带倒刺钉子结构，位于圆冠形着陆底盘下并包裹在外部多层纸蜂窝覆盖层中；V形轨道轮位于圆冠形着陆底盘两侧。
上述可在废墟表面运动的地面移动探测机器人本体系统由主动轮组，从动轮组，摆动轮组，拖带轮组，支撑轮组，云台，履带和车架组成；采用履带行走方式，摆臂时采用履带形状可变结构，通过摆臂的运动来改变形状，并将拖带轮与摆臂联动；采用后轮驱动，差速转向；摄像头水平360°回转，俯仰±30°；履带及轮子材料采用高分子阻燃材料。
上述可在废墟表面运动的地面移动探测机器人本体系统可以携带多种传感器以及急救物资进入灾难现场，传感器包括摄像头、语音交互系统、气敏传感器、温度传感器、生物传感器以及生命探测仪等；急救物资包括药品、海事卫星电话等。
上述可靠传输的小功率远程无线双向信息交互通信系统设置主、副两个无线通信通道，主通道系统采用基于COFDM技术的无线图像传输方案，副通道由操纵器、遥控无线发射电路和遥控接收电路组成。
本发明成本低，稳定性好，对于灾害发生后的信息快速获取和紧急救援起到重要作用，可应用于地震、化工企业、海上平台突发灾难等，对减灾防灾应急处理将起到示范和引导作用。本发明各模块技术(空投模块、通信模块、缓冲着陆模块以及机器人模块)都具有独立的应用领域，这些技术都具有持续创新的可能，其潜力依然巨大。
附图说明
图1为本发明灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统组成简图。
图2本发明的空投机器人本体系统简图。
图3为本发明的信息交互通信系统流程图。
图4为本发明信息交互通信系统中主通道系统流程图。
图5为本发明信息交互通信系统中副通道系统流程图。
图1中，1-翼伞；2-圆伞；3-伞箱与控制器；4-带缓冲装置的机器人本体系统；5-空投机器人着陆解锁装置；6-空投机器人本体；7-V形轨道轮；8-防翻地锚；9-外部多层纸蜂窝覆盖层；10-内部多层纸蜂窝覆盖层；11-圆冠形着陆底盘；12-远程控制台。
图2中，13-主动轮组；14-支撑轮组；15-拖带轮组；16-急救箱；17-通信天线；18-控制系统；19-云台；20-电池；21-传动链；22-履带；23-摆动轮组；24-摆臂；25-从动轮组；26-车架。
具体实施方式
灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统通过伞降系统进行精确定点空投，参见图1，采用翼伞自寻迹，到达目标点上空后，采用圆伞回收，保证了空投的精度。缓冲着陆系统能够充分吸收空投机器人本体落地时的冲击能量，确保图2的空投机器人本体系统不受损伤。机器人本体系统落地后自动与缓冲着陆系统分离，并开展移动探测工作。可靠传输的小功率远程无线双向信息交互通信系统则负责空投过程，移动探测过程中的信息传递，包括将现场信息传送至控制台，以及将控制指令传送到机器人本体系统。
上述灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统参见图1所示，由矩形翼伞、圆伞、伞箱与控制器组成，首先将机器人本体系统通过空投机器人着陆解锁装置紧固在缓冲着陆装置内，当飞机飞临空投空域时，缓冲着陆装置携带机器人本体通过V形轨道轮沿预定导轨被推出舱门，通过强制开伞的方式，翼伞展开，向空投预定区域滑翔(滑翔比4∶1)，滑翔至预定区域，在尽可能低的高度，打开圆伞进行回收，当系统下降至7-10米，连接降落伞和机器人本体系统的自动脱扣装置脱扣，缓冲着陆装置携带机器人本体自由落地。通过电动绞盘拉动2根操纵绳来调整翼伞姿态，操纵控制模式包括自动寻迹和远程遥控两种方式；基于惯导和GPS，采用自适应算法实现翼伞的自动归航。
上述缓冲着陆系统包括圆冠形着陆底盘，底盘内部和外部填充多层纸蜂窝覆盖层，紧固空投机器人本体；机器人本体系统自由落体运动落地时，缓冲着陆系统的内部和外部填充多层纸蜂窝覆盖层充分吸收空投机器人本体落地时的冲击，防翻地锚位于圆冠形着陆底盘下并包裹在外部多层纸蜂窝覆盖层中，在着陆瞬间插入地面，其倒刺结构防止了着陆系统的侧翻和反弹，确保空投机器人本体系统安全着陆；着陆后缓冲着陆系统能够与空投机机器人本体分离，不影响空投机器人本体开展移动探测活动。
上述机器人本体参见图2，由主动轮组，从动轮组，摆动轮组，拖带轮组，支撑轮组，云台，履带和车架组成；采用履带行走方式，摆臂时采用履带形状可变结构，通过摆臂的运动来改变形状，以适应不同的地形，并将拖带轮与摆臂进行联动，以补偿履带周长的变化，通过远程控制台可以控制机器人本体系统顺利越障、爬楼梯等；采用后轮驱动，差速转向，运动控制灵活，可实现原地回转；摄像头可以水平360°回转，俯仰±30°，最大范围监视周围环境，并通过通信系统将现场信息实时传送至救援中心的远程控制台；机器人本体系统具有抗振，防水和防火功能，能够克服多变的天气，适应较为复杂的环境。
上述机器人本体系统可携带多种传感器进入灾难现场，如摄像头、语音交互系统、气敏传感器，温度传感器，生物传感器以及生命探测仪等。传感器可以感知周围环境有无有毒气体，有无生命迹象等，并通过机器人本体系统以及通信系统将信息传送回救援中心的远程控制台，有利于救援中心快速准确的开展救援活动。
上述可靠传输的小功率远程无线双向信息交互通信系统参见图3，设置主副两个无线通信通道，主通道系统采用基于COFDM技术的无线图像传输方案，其基本结构见图4，功能是将机器人移动探测过程中所采集的音视频信息实时发送到救援中心的远程控制台，救援中心接收到信息后，对机器人的下一步运动发出指令，副通道系统则将遥控指令传送到机器人，副通道系统基本结构见图5；通过远程无线双向信息交互通信系统可以第一时间了解灾难现场的第一手信息，有利于展开救援工作。
Claims (6)
1.一种灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统，其特征是：包括V形轨道轮，伞降系统，自动脱扣装置，空投机器人本体，空投机器人着陆解锁装置，缓冲着陆系统，远程无线通信系统和传感器；V型轨道轮安装于缓冲着陆系统着陆底盘两侧；伞降系统和缓冲着陆系统通过自动脱扣装置连接；空投机器人本体通过空投机器人着陆解锁装置紧固在缓冲着陆系统中；远程无线通信系统包括空投机器人上的无线通信模块和布置在救援指挥中心的远程控制台。
2.根据权利要求1所述的灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统，其特征是：所述伞降系统由翼伞(1)、圆伞(2)、伞箱与控制器(3)组成；翼伞采用矩形翼面形式，材料为高强低弹的芳纶；伞绳按分叉结构设计，沿下弦向均匀分布，2根操纵绳各控制单侧7个气室；通过电动绞盘拉动2根操纵绳来调整翼伞姿态，操纵控制模式包括自动寻迹和远程遥控两种方式；基于惯导和GPS，采用自适应算法实现翼伞的自动归航。
3.根据权利要求1所述的灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统，其特征是：所述缓冲着陆系统紧固空投机器人，包括圆冠形着陆底盘(11)，内部多层纸蜂窝覆盖层(10)，外部多层纸蜂窝覆盖层(9)，空投机器人着陆解锁装置(5)，V形轨道轮(7)，防翻地锚(8)和空投机器人本体(6)；内部多层纸蜂窝覆盖层(10)与圆冠形着陆底盘(11)内侧贴合，立面与着陆底盘切向垂直；外部多层纸蜂窝覆盖层(9)与圆冠形着陆底盘(11)外侧贴合，立面与地面切向垂直；空投机器人着陆解锁装置(5)安装有延时开关；防翻地锚(8)为带倒刺钉子结构，位于圆冠形着陆底盘(11)下并包裹在外部多层纸蜂窝覆盖层(9)中；V形轨道轮(7)位于圆冠形着陆底盘(11)两侧。
4.根据权利要求1所述的灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统，其特征是：所述机器人本体系统由主动轮组(13)，从动轮组(25)，摆动轮组(23)，拖带轮组(15)，支撑轮组(14)，云台(19)，履带(22)和车架(26)组成；采用履带(22)行走方式，摆臂时采用履带(21)形状可变结构，通过摆臂的运动来改变形状，并将拖带轮(15)与摆臂(24)联动；采用后轮驱动，差速转向；摄像头水平360°回转，俯仰±30°；履带(22)及轮子材料采用高分子阻燃材料。
5.根据权利要求1所述的灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统，其特征是：所述可在废墟表面运动的地面移动探测机器人本体携带多种传感器以及急救物资进入灾难现场，传感器包括摄像头，语音交互系统，气敏传感器，温度传感器，生物传感器以及生命探测仪等。
6.根据权利要求1所述的灾难环境下信息快速获取与紧急救援空投机器人系统，其特征是：所述可靠传输的小功率远程无线双向信息交互通信系统设置主副两个无线通信通道，主通道系统采用基于COFDM技术的无线图像传输方案，副通道由操纵器、遥控无线发射电路和遥控接收电路组成。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130410 |