[發(fā)明專利]基于UWB定位的水上智能救援機(jī)器系統(tǒng)及其方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911306765.7
• 申請(qǐng)日: 2019-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN111061269A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋傳鑫;張玉璇;張耀天;李遠(yuǎn)和;黃發(fā)勝;朱坤碩;朱家圣;王振忠;馬魯斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宋傳鑫
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 北京化育知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發(fā)明公開了水上救援技術(shù)領(lǐng)域的基于UWB定位的水上智能救援機(jī)器系統(tǒng)，包括活動(dòng)標(biāo)簽，定位基站、軟件平臺(tái)和救援機(jī)器人，活動(dòng)標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射UWB信號(hào)；定位基站能夠接收從活動(dòng)標(biāo)簽發(fā)送過來的UWB信號(hào)并經(jīng)過自適應(yīng)算法分析出標(biāo)簽位置；軟件平臺(tái)獲取、分析并傳輸信息給用戶和其他相關(guān)信息系統(tǒng)，并指派救援機(jī)器人進(jìn)行救援；救援機(jī)器人包括MCU控制模塊、電源模塊、動(dòng)力裝置，MCU控制模塊采用stm32f407單片機(jī)作為主控MCU，動(dòng)力裝置包括直流有刷電機(jī)、螺旋槳和驅(qū)動(dòng)電路，螺旋槳設(shè)置有兩組分別安裝在救援機(jī)器人的兩側(cè)，直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)救援機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)，本發(fā)明替代人工來進(jìn)行游泳池水上救援，使得救援速度大幅提高，提高了救援的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水上救援技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于UWB定位的水上智能救援機(jī)器系統(tǒng)。選取合適的定位算法,將測(cè)量參數(shù)代入定位算法中,求出待測(cè)目標(biāo)的位置估計(jì)坐標(biāo)。

背景技術(shù)

目前海邊、游泳池等場(chǎng)所大多靠救生人員攜帶救生裝備(如救生圈、救生衣等)對(duì)求救人員進(jìn)行救援，都建立在人為的基礎(chǔ)上，救援速度慢、效率低，沒法對(duì)多個(gè)待救目標(biāo)進(jìn)行施救，同時(shí)在救援的過程中也會(huì)對(duì)救生人員帶來一定的危險(xiǎn)，導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。

為了保障人們的生命安全，可以讓機(jī)器人代替人做一些繁重、危險(xiǎn)的工作。機(jī)器人已經(jīng)能夠使用工具,能看、能聽、能說，并且開始能進(jìn)行一些決策和思考等智能行為，其應(yīng)用也從傳統(tǒng)的加工制造業(yè)逐漸擴(kuò)展到海軍、海洋檢測(cè)、宇宙探索等領(lǐng)域，并開始進(jìn)入家庭和服務(wù)行業(yè)。作為一種先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展與自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。人們期望機(jī)器人在許多人類所不能及的區(qū)域代替人類勞動(dòng)完成更復(fù)雜的任務(wù)。例如在軍事偵察、掃雷排險(xiǎn)、防止核化污染等危險(xiǎn)與惡劣環(huán)境以及民用中的物料搬運(yùn)上具有廣闊的應(yīng)用前景。機(jī)器人所面臨的是未知的、不可預(yù)測(cè)的非人為構(gòu)造的環(huán)境,機(jī)器人所完成的任務(wù)也越來越復(fù)雜。

目前，國(guó)內(nèi)外的救援機(jī)器人可以說是讓人眼花繚亂，但是現(xiàn)在的救援機(jī)器人都是針對(duì)陸地偵察、救援的，基本沒有對(duì)水上救援機(jī)器人進(jìn)行研究的，而現(xiàn)存的水上救援基本上都是通過遙控來進(jìn)行救援的，雖然速度上有所提高，但這種救援機(jī)器人在很大程度上還是要依靠人力，可以說水上自動(dòng)救援領(lǐng)域存在一個(gè)比較大的空白。

目前的UWB定位技術(shù)主要運(yùn)用在室內(nèi)人員定位，隧道人員定位等，其定位精度可以達(dá)到5到10厘米，完全可以達(dá)到救援精度，其在運(yùn)用在游泳池來進(jìn)行人員定位，來進(jìn)行水上救援的系統(tǒng)，目前也沒有應(yīng)用。

傳統(tǒng)的溺水救援以低效、高代價(jià)的人工救援為主，目前市場(chǎng)上并沒有水上自動(dòng)救援智能機(jī)器人。基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于UWB定位的水上智能救援機(jī)器系統(tǒng)，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供基于UWB定位的水上智能救援機(jī)器系統(tǒng)及其方法，以解決上述背景技術(shù)中提出“傳統(tǒng)的溺水救援以低效、高代價(jià)的人工救援為主，目前市場(chǎng)上并沒有水上自動(dòng)救援智能機(jī)器”的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于UWB定位的水上智能救援機(jī)器系統(tǒng)，包括活動(dòng)標(biāo)簽，定位基站、軟件平臺(tái)和救援機(jī)器人，所述活動(dòng)標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射UWB信號(hào)；所述定位基站能夠接收從活動(dòng)標(biāo)簽發(fā)送過來的UWB信號(hào),再根據(jù)接收到的UWB信號(hào)計(jì)算定位標(biāo)簽的坐標(biāo)；

選取合適的定位算法,將測(cè)量參數(shù)代入定位算法中,求出待測(cè)目標(biāo)的位置估計(jì)坐標(biāo)。結(jié)合UWB室內(nèi)三維定位特點(diǎn),將常用的測(cè)距方式二維模型擴(kuò)展為三維模型,并分析優(yōu)缺點(diǎn)后,決定選用基于接收信號(hào)時(shí)間差法(TDOA)作為測(cè)距方式。

所述軟件平臺(tái)獲取、分析并傳輸信息給用戶和其他相關(guān)信息系統(tǒng)，并指派所述救援機(jī)器人進(jìn)行救援；所述救援機(jī)器人包括MCU控制模塊、電源模塊、動(dòng)力裝置，所述MCU控制模塊采用stm32f407單片機(jī)作為主控MCU，所述動(dòng)力裝置包括直流有刷電機(jī)、螺旋槳和驅(qū)動(dòng)電路，所述螺旋槳設(shè)置有兩組分別安裝在所述救援機(jī)器人的兩側(cè)，所述直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)所述直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。