关键词：交通、智能化、机器人
一、项目概述
交通对于一个现代化城市而言至关重要。对交通的有效管制，尤其是道路交通，已经成为大多数中大型城市一个急需解决的问题。本团队针对当前交通智能化的趋势，以实现交通事故的智能化处理与救援为主要目的，通过无人机技术、侦察车技术相融合，结合无线数传图传，完成事故现场及周围环境的信息采集。地面站远程控制中心对回传的信息进行处理、操纵遥控设备对机器人发布指令，部署任务，完成人机交互。机器人在交通事故现场主要完成：实时监测路况信息、事故救援现场信息、引导车辆行驶，可燃性气体浓度的检测，携带必要饮水，纱布，食物等救援物品给伤者等任务。整个作品融合了无人机视觉采样技术，实现对交通状况的智能化建模。拟定智能任务，使能在了解全局交通状况的同时控制和引导交通，做出救援。同时开发手机APP，增加了使用灵活性，为交通事故的救援处理进一步智能化。
二、方案的设计
2.1六轴飞行器的设计
考虑到装机的方便和较强的载重能力，因此选用了F550机架配备20A好乐盈电调、恒拓920KV值的无刷电机和1047碳纤维正反浆，考虑到整个系统的稳定性，选用了一款具有自稳功能的开源飞控作为主控板。选用UBLOX-6 GPS模块，内置增益放大，搜星能力强，通过简单的串口通信解析$GPGGA语句指令来实现GPS位置的获取和后续的路径规划功能。选用乐迪AT9遥控器，通过 MCU 采集接收机的遥控信号来实现对飞行器的远距离遥控。对于航拍设备，选用5.8G图传收发模块TS832和RC832搭配高清微型摄像头经视频采集卡采集即可在显示屏上实时显示图像。考虑到续航能力和机身整体的重量，选用狮子牌5200毫安的航模电池来给飞行器供电。
2.2轻质多功能探测车的设计
为了使小车轻质且适应性强，选用履带车轮并用铝片来打造整个车体，选用两个电机前后交叉式安置，从而保证了车体在动力充足的前提下减轻了车身重量。选用STM32f103 作为主控核心，丰富的增强型外设和IO端口，方便功能扩展。在无线通信方面，选用了带有功放元件的NRF24L01通信模块。在图像视频回传方面，选择5.8G图传收发模块TS832和RC832配备微型高清摄像头，接收端选用AV视频采集卡即可在电脑上位机上实时显示当前画面并且具备录像功能。通过红外及超声波进行简单的自主避障，使用角度传感器，得到小车在构建的坐标系下的偏航角，在此基础通过路径记忆算法使得小车具有自主巡检的功能。
2.3地面站人机交互的设计
为了监视远程的探测现场并操作机器人完成复杂任务，设计了实体地面站并配合计算机实现人机交互功能。地面站由控制器、供电系统、显示屏、视频采集设备、外部输入设备、无线数传等主要模块组成。通过显示菜单可以清楚地设置当前的工作模式，查看返回的目标地点数据量，以第一人称视角来查看作业环境的现场图像信息，分析采集回传的数据样本，完成任务分配。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.4 手机APP
为了使机器人的应用更加简单化，方便性，我们团队设计一款手机APP，为事故的救援处理进一步智能化。通过手机端APP可实现以下功能：
（1）能够对机器人进行一键呼叫对设备进行调度到指定区域。（2）获取机器人的定位信息。通过GPS定位系统，能够对机器人进行定位，并在手机端APP上获取定位信息，能够知道机器人现在所处的具体位置。（3）获取监测信息，可以进行实时的数据分析和监控。（4）能够提示报警。当机器人检测的数据指标超出正常范围，可能会对环境带来危害时，就会及时发出提示报警。（5）可以通过手机端APP对机器人进行简单的操作，从而使机器人能够对环境进行陆、空的探测和勘察。
三、项目设计的创新点
3.1 打破当前一体式设计，实现可结合可分离
目前国内外两栖机器人研究均是无人机和车体不可分离，存在一些弊端，第一点在某些场合下机身受到限制而导致任务无法开展，第二点某些一体机在地面行走时是靠自身浆的推力来完成整机的地面移动，在克服地面阻力方面相比于用轮子转动行走消耗了更多的能量，并且不能够很迅速的切换到静止状态。本设计结合以上问题，做了调整，实现了机器人可分离，使得其既能够整体飞行，又能够分开各自执行任务，为救援任务处理实现了更大的灵活性。
3.2 探测车记忆路径
我们克服了GPS室内定位的不准确以及图像处理运算数据量太大等困难。首次利用六轴角度传感器内置的DMP来获取四元数求得航向角，结合定时器，构造矩阵来记忆n个路段的偏转角度和行驶时间，从而还原当前的记忆路径，使产品具有自主巡检的功能。另外探测车装载红外传感器和超声波元件，使得探测车能够完成一些基本的避障功能。
3.3 结合互联网技术以及手机APP
针对可分离式陆空两栖交通事故救援机器人，还联合开发了手机端的APP，使得可分离式陆空两栖交通事故救援系统使用更加方便，使用范围更加广泛，相关数据信息更加简单明了，也能实现局域网的数据信息共享。
四、市场应用前景
从当前的两栖机器人发展趋势来看，陆空两栖机器人趋于大型化，只是在交通运输领域有所应用，比如美国军方的黑骑士陆空运输机和意大利空客公司的POP-UP概念旋翼飞行车，而绝大部分还停留在实验室研究阶段，在实际应用中较少。利用本作品，当发生交通事故时，无人机与侦察车能以最快速度到达事故现场，在救援过程中，无人机携带必要的饮水，纱布，食物给伤者，提供了多样化的服务。此外，在交通道路的智能化巡检中，设计路径记忆算法，侦察车具有路径记忆功能，通过示教方式可以完成指定路线的自主巡检，节省人力。开发手机APP，增加了机器人的使用灵活性，从而为交通事故的救援处理进一步智能化，从而避免一般情况下发生交通事故时因道路堵塞引发二次事故，延误救援黄金时间等问题。对比当前同期研究来看，本款产品符合当今发展趋势，能够更好的被广大客户群体所接受。
参考文献：
[1]于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社，2003:1-50
[2] 冯准.嵌入式视觉导航智能小车系统[D]南京:东南大学，2008:15-45.
[3] 张广玉，张洪涛，李隆球等.四旋翼微型飞行器设计[J].哈尔滨理工大学学报.2012.17(3):110-114
[4] 陈亮.一种新型的水陆两栖球形机器人的研究[D].北京邮电大学.2012:2-5
论文作者:姜云鹏 李振民 李牛牛 韩震 辛贵峰
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：机器人论文; 无人机论文; 功能论文; 陆空论文; 交通论文; 地面站论文; 手机论文; 《科技中国》2017年7期论文;