便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置，包括礦用本安型救援探測機器人本體、礦用本安型救援終端和若干個礦用本安型無線路由器；所述若干個礦用本安型無線路由器組成礦用WIFI無線多跳網(wǎng)絡(luò)；所述礦用本安型無線路由器用于傳輸，所述機器人本體傳感檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)和救援終端遙控指令，所述礦用本安型救援終端收發(fā)由路由器自組織無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端。本發(fā)明具有較高帶寬，其遙控距離遠，能通過遠程遙控指揮煤礦救援探測機器人，將探測事故現(xiàn)場氣體濃度等數(shù)據(jù)信息傳回指揮中心，不但能減小救援人員到危險區(qū)域探測危險性，而且可為煤礦救援決策提供依據(jù)和指導。
【專利說明】便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人通信系統(tǒng)，特別涉及一種便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國煤炭工業(yè)發(fā)展迅速，2013年全國煤炭產(chǎn)量36.8億噸，煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，也是國家能源安全的基石，在我國一次能源生產(chǎn)和消費中始終占70%左右。但我國又是煤礦重大事故頻繁發(fā)生的國家，造成了重大的人員傷亡，產(chǎn)生了不良的社會影響。當煤礦事故發(fā)生后礦井環(huán)境十分復雜，井下因災受傷人員面臨極其危險的狀況，需盡快地轉(zhuǎn)移與救護，但此時救援人員進入井下施救，很容易遇到二次爆炸等各種危險狀況從而導致更多人員的傷亡。因此研發(fā)代替或部分代替救護人員及時、快速深入礦井災區(qū)進行環(huán)境探測的機器人具有極其重要的意義。在危險復雜的煤礦救災等領(lǐng)域內(nèi)靈活使用煤礦探測機器人，能迅速探測災區(qū)狀況，為搶險救災提供決策支持，是安全高效救援的迫切需要。在這種產(chǎn)生濃煙、有毒氣體和高溫的事故現(xiàn)場，探測機器人所攜帶的氣體采樣系統(tǒng)可將現(xiàn)場的溫度、氣體情況等環(huán)境參數(shù)檢測出來，并將數(shù)據(jù)傳回指揮中心，從而大大減少工作人員到危險區(qū)域探測的危險性。因此，探測機器人的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，同時業(yè)界也迫切需要能輔助或代替救援隊員深入危險區(qū)域執(zhí)行災情偵察的遙控式智能礦用本安探測機器人。
[0003]目前國內(nèi)外礦用救援探測遙控機器人大多采用有線和無線操控，然而有線操控會增加機器人本體的負重，而且機器人的運動也受到通信信號或電源線纜的羈絆，影響其在井下災區(qū)環(huán)境自由移動和順利行進；另外一些采用無線遙控的礦用機器人，大多缺乏行走距離反饋和顯示，且無線通信傳輸帶寬小和傳輸距離短，視頻清晰度受到嚴重影響，遙測的機器人本體運動狀態(tài)或環(huán)境參數(shù)較少，精細運動控制功能缺乏或不足等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，一種便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置，包括礦用本安型救援探測機器人本體、礦用本安型救援終端(簡稱遙控臺)和若干個礦用本安型無線路由器；所述若干個礦用本安型無線路由器組成礦用WIFI無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；所述礦用本安型救援探測機器人本體用于采集其自身運動和負載的傳感檢測設(shè)備數(shù)據(jù)及執(zhí)行救援終端發(fā)來的遙控指令，所述礦用本安型救援終端負責收發(fā)由路由器自組織無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將所述遙控指令通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援探測機器人本體。
[0006]進一步，所述礦用本安型救援探測機器人本體負載的傳感檢測設(shè)備包括氣體采樣與檢測處理裝置、機器人行走距離傳感器、拾音器/揚聲器和視頻攝像頭。
[0007]進一步，所述礦用本安型救援探測機器人本體包括藍牙和WIFI通信模塊；所述氣體采樣與檢測處理裝置采集到的數(shù)據(jù)信息通過藍牙傳輸?shù)絎IFI通信模塊，所述WIFI通信模塊將接收到的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端；所述機器人行走距離傳感器、拾音器/揚聲器和視頻攝像頭采集到的數(shù)據(jù)信息通過藍牙傳輸?shù)絎IFI通信模塊，所述WIFI通信模塊將接收到的信息通過無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
[0009]本發(fā)明具有較高帶寬，其遙控距離遠，能通過遠程遙控指揮煤礦救援探測機器人，使其順利到達目的地，然后將探測的事故現(xiàn)場氣體濃度等數(shù)據(jù)信息傳回指揮中心，不但能減小救援人員到危險區(qū)域探測的危險性，而且可為煤礦救援決策提供依據(jù)和指導。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖2為機器人遙控指揮系統(tǒng)功能模塊示意圖；
[0012]圖3為基于物聯(lián)網(wǎng)的救援偵測和通信一體化設(shè)計模型；
[0013]圖4為機器人行走距離數(shù)據(jù)流圖；
[0014]圖5為環(huán)境多參數(shù)實時監(jiān)測信息數(shù)據(jù)流框圖；
[0015]圖6為聲響監(jiān)測和視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)流圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0017]如圖1所示，一種便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置，其特征在于:包括礦用本安型救援探測機器人本體、礦用本安型救援終端(簡稱遙控臺)和若干個礦用本安型無線路由器；所述若干個礦用本安型無線路由器組成礦用WIFI無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(本發(fā)明中采用鏈形或漁網(wǎng)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu))；所述礦用本安型無線路由器用于傳輸所述機器人本體傳感檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)和救援終端遙控指令，所述礦用本安型救援終端收發(fā)由路由器自組織無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端。
[0018]所述傳感檢測設(shè)備包括氣體采樣與檢測處理裝置、機器人行走距離傳感器、拾音器/揚聲器和視頻攝像頭。
[0019]所述礦用本安型救援探測機器人本體包括藍牙和WIFI通信模塊；所述氣體采樣與檢測處理裝置采集到的數(shù)據(jù)信息通過藍牙傳輸?shù)絎IFI通信模塊，所述通信模塊將接收到的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端；所述機器人行走距離傳感器、拾音器/揚聲器和視頻攝像頭采集到的數(shù)據(jù)信息通過藍牙傳輸?shù)絎IFI通信模塊，所述WIFI通信模塊將接收到的信息通過無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端。
[0020]便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮系統(tǒng)裝置首先通過機器人上的氣體采樣與檢測處理裝置、拾音器/揚聲器和攝像頭、機器人行走距離傳感器分別采集環(huán)境多參數(shù)實時數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)和行走距離數(shù)據(jù)，然后通過無線Mesh網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的無線傳輸，最后通過救援終端對數(shù)據(jù)進行解析、接收、顯示和存儲。
[0021]如圖2所示，本實施例中救援探測機器人功能主要包括機器人本體運動控制、環(huán)境多參數(shù)實時監(jiān)測、氣體采樣與檢測處理裝置、聲響監(jiān)測與視頻監(jiān)控、越障模式控制五個部分構(gòu)成。
[0022]如圖3所示，本實施例基于物聯(lián)網(wǎng)的救援偵測和通信一體化設(shè)計技術(shù):設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的偵測和通信一體化模型，通過感知層的救援探測機器人本體獲取和存儲環(huán)境實時監(jiān)測信息、音視頻圖像數(shù)據(jù)和機器人行走距離數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)層(礦用本安型無線路由器)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和采集的相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳輸，再通過應用層(救援終端)實現(xiàn)機器人遙控指揮及人機交互。應用層實現(xiàn)機器人行走距離顯示、音視頻播放/顯示、環(huán)境多參數(shù)顯示、機器人本體運動控制、環(huán)境多參數(shù)實時監(jiān)測、氣體采樣與檢測處理裝置控制、聲響監(jiān)測與視頻控制和越障模式控制；網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理、信息編解碼、MD加解密、協(xié)同工作流、數(shù)據(jù)庫驅(qū)動、音視頻驅(qū)動、藍牙驅(qū)動、WIFI通信協(xié)議驅(qū)動；感知層實現(xiàn)硬件驅(qū)動。
[0023]機器人本體運動控制主要是用于控制機器人本體的運動，用機器人代替人進入到救援人員不能進入或者不適宜進入的危險事故礦井環(huán)境中，避免障礙物，順利到達目的地。其中包括機器人的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前寸動、后寸動、左寸動、右寸動、停止和行走距離。如圖4所示，機器人行走距離的獲取是通過距離傳感器實時記錄采集機器人行走距離，一旦行走距離發(fā)生變化就通過通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄仍笓]臺。
[0024]如圖5所示，環(huán)境多參數(shù)實時監(jiān)測信息的獲取，首先通過串口控制氣體檢測與采樣裝置的升降來抽取災區(qū)環(huán)境中的各種氣體，然后將抽取到的氣體通過環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測報警儀來實時顯示和報警，最后采用藍牙將采集到的信息傳輸?shù)絎IFI通信模塊中進行發(fā)送。環(huán)境多參數(shù)實時監(jiān)測主要是通過機器人采樣到災區(qū)環(huán)境中的氣體，用于監(jiān)測災害環(huán)境下的實時環(huán)境參數(shù)信息，避免救援人員進入到危險環(huán)境中，減小災害損失。它不但能夠連續(xù)檢測和顯示甲烷、一氧化碳、溫度、氧氣、二氧化碳五種參數(shù)的實時情況，而且還具有實時數(shù)據(jù)存儲及查詢報警等諸多功能。
[0025]氣體采樣與檢測處理裝置控制主要是根據(jù)煤礦井下的危險氣體分布情況，控制機器人導氣管的開啟、關(guān)閉、停止、伸長和縮短，獲取到不同高度的氣體分布情況，從而為救援人員的指揮決策提供更加真實、有效的數(shù)據(jù)。
[0026]如圖6所示，聲響監(jiān)測和視頻監(jiān)控信息的獲取是通過拾音器/揚聲器和視頻攝像頭分別采集聲音信息和視頻圖像信息，然后通過WIFI通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄仍K端。機器人的實時移動，獲取災區(qū)環(huán)境的現(xiàn)場視頻圖像，不僅有利于提高機器人的運動能力，而且有利于掌握機器人的實時救援情況。
[0027]越障模式控制主要是控制機器人的越障能力，分為正常模式和特殊模式。在正常模式下即障礙物較少，機器人能夠直接快速通過，運動速度較快；在特殊模式下即障礙物較多，機器人需要緩慢調(diào)節(jié)自身的步態(tài)去適用復雜多變的礦井環(huán)境，運動速度較慢。因此，救援人員可根據(jù)礦井下的實際環(huán)境選擇越障模式。
[0028]本發(fā)明采用精細遙測遙控一體化功能設(shè)計技術(shù):包括機器人前進/后退/左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)/前寸動/后寸動/左寸動/右寸動等多種運動狀態(tài)遙測以及正常越障和特殊越障模式遙控等功能，以及通過救援探測機器人氣體采樣與檢測處理裝置實時采集CO、C02、CH4、02和溫度等多種環(huán)境參數(shù)和在救援終端顯示功能，災區(qū)環(huán)境聲響監(jiān)測與音視頻監(jiān)控功能、采集和顯示機器人當前或歷史行走距離功能；
[0029]本發(fā)明利用機器人本體搭載的前后紅外視頻采集裝置和音響探測裝置，采用井下多跳無線Mesh網(wǎng)絡(luò)寬帶通信技術(shù)實現(xiàn)井下和地面遠距離操控機器人本體和采集傳輸井下環(huán)境參數(shù)和音視頻信息。
[0030]礦用本安機器人無線遙控指揮系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸，首先通過將各種數(shù)據(jù)匯聚到機器人上的WIFI通信模塊，其中的WIFI通信模塊軟件是基于嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)開發(fā)的，使用C語言進行編程。并可使用TCP/IP、WIFI和藍牙的通信協(xié)議；然后機器人WIFI通信單元與救援終端之間使用多跳Mesh路由器進行通信，并運用WIFI網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的傳輸；最后救援終端接收并顯示音視頻圖像數(shù)據(jù)、行走距離數(shù)據(jù)和環(huán)境多參數(shù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0031]本發(fā)明采用C/S架構(gòu)，并在Visual Stud1 2010軟件平臺上采用C#編程語言進行開發(fā)、MYSQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲、無線通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，指揮臺操控機器人的運動及采樣裝置的升降，可實時獲取機器人采集到的音視頻數(shù)據(jù)和多參數(shù)環(huán)境數(shù)據(jù)，便于救援人員的指揮決策和救援工作的順利開展。當指揮臺收到各種數(shù)據(jù)信息后，首先對各類數(shù)據(jù)信息進行分類，分成行走距離數(shù)據(jù)、環(huán)境多參數(shù)實時監(jiān)測信息和機器人視頻圖像；然后對各類數(shù)據(jù)按照預先制定的通信協(xié)議規(guī)則進行解析；最后將各類數(shù)據(jù)信息顯示在救援終端中。
[0032]本發(fā)明設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的偵測和通信一體化模型，通過感知層的機器人本體獲取和存儲環(huán)境實時監(jiān)測信息、音視頻圖像數(shù)據(jù)和機器人行走距離數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)層(礦用本安型無線路由器)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和采集的相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳輸，再通過應用層(救援終端)實現(xiàn)機器人遙控指揮及人機交互；
[0033]開放式軟件架構(gòu)設(shè)計技術(shù):采用Microsoft.NET Framework、C/S和模型-視圖-控制(MVC)等開放式架構(gòu)和模塊化設(shè)計模式，便于跨平臺移植且安全性高，易維護和升級。
[0034]本發(fā)明遵循技術(shù)先進性、數(shù)據(jù)安全性、可維護性、可擴展性、可操作性等原則，在Visual Stud1 2010的開發(fā)平臺上，考慮和采用了安全性較高的C/S軟件架構(gòu)和數(shù)據(jù)庫安全設(shè)計，開發(fā)了無線傳輸、較高帶寬、遙控距離遠的礦用本安機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)，通過遠程遙控指揮煤礦救援探測機器人，使其順利到達目的地，然后將探測的事故現(xiàn)場氣體濃度等數(shù)據(jù)信息傳回指揮中心，不但能減小救援人員到危險區(qū)域探測的危險性，而且可為煤礦應急救援決策提供依據(jù)和指導。
[0035]為了驗證便攜式礦用本安機器人無線遙控指揮系統(tǒng)的遠程可視化遙控等性能，先后在研究室室內(nèi)搭建的實驗測試平臺和亞太地區(qū)規(guī)模最大、我國唯一的氣體粉塵爆炸試驗巷道的實際應用以及搭建的實驗平臺進行性能測試。實驗室內(nèi)的測試平臺由木板釘制而成，長10crn的30°斜坡、寬15cm的溝壑、高12cm的臺階，以及野外的綜合路況和氣體粉塵爆炸試驗巷道(總長度896m，主巷為墻高lm，拱高1.6m,斷面積7.2m2的半圓拱形巷道)。實驗結(jié)果分析:可通過機器人的攝像頭傳回給救援終端的視頻圖像信息控制機器人的運動，遙控機器人的爬坡和越障，并通過機器人的命令模塊遙控導氣管的伸縮，可采集煤礦井下連續(xù)的環(huán)境多參數(shù)實時信息，同時可以實時檢測機器人的行走距離。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)不但能夠通過無線的方式遠距離可靠地操控便攜式救援探測機器人的運動，而且展示了便攜式救援探測機器人在井下臨時指揮基地以及災害事故現(xiàn)場的可視化應急救災能力。
[0036]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置，其特征在于:包括礦用本安型救援探測機器人本體、礦用本安型救援終端和若干個礦用本安型無線路由器；所述若干個礦用本安型無線路由器組成礦用WIFI無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；所述礦用本安型無線路由器用于傳輸所述機器人本體傳感檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)和救援終端遙控指令，所述礦用本安型救援終端收發(fā)由路由器自組織無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述傳感設(shè)備包括甲烷等多參數(shù)氣體采集與檢測裝置、機器人行走距離傳感器、拾音器/揚聲器和視頻攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式礦用本安救援探測機器人無線遙控指揮通信系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述礦用本安型救援探測機器人本體包括藍牙和WIFI通信模塊；所述氣體采樣與檢測處理裝置采集到的數(shù)據(jù)信息通過藍牙傳輸?shù)絎IFI通信模塊，所述WIFI通信模塊將接收到的信息通過無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端；所述機器人行走距離傳感器、拾音器/揚聲器和視頻攝像頭采集到的數(shù)據(jù)信息通過藍牙傳輸?shù)絎IFI通信模塊，所述WIFI通信模塊將接收到的信息通過無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦用本安型救援終端。
【文檔編號】G08C17/02GK104265358SQ201410455297
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】宋文, 劉成, 郭東恒, 王莉 申請人:中煤科工集團重慶研究院有限公司