基于WiFi探測生命體征的兩棲仿生救援偵察機器人

高卿光 李嘉 李洪齊

摘 要：仿生救援偵察機器人是基于WiFi探測生命體征的全新的應用于災后探測生命體征以及軍事偵察領域的一種仿生機器人。在自然災害多發(fā)的今天，特別是地震后，救援人員無法第一時間進入到災區(qū)進而掌握災區(qū)情況，導致了浪費了許多寶貴的救援時間。而基于WiFi探測生命體征的仿生救援偵察機器人可以憑借其靈活的運動先于救援人員進入災區(qū)進行信息的采集以及以及對受災人員進行生命探測，大大的提高了救援效率。本文將對仿生救援偵察機器人的背景進行簡單介紹，并將對其組成原理和市場應用進行進行分析。

關(guān)鍵詞：仿生救援機器人；WiFi探測生命體征；組成原理和市場應用；

1 仿生救援偵察機器人的背景及意義：

近些年，戰(zhàn)爭、恐怖襲擊等突發(fā)事件，地震、海嘯等自然災害及潛在的核、化、生和爆炸物等嚴重威脅著人類的生命與財產(chǎn)安全。各種災難發(fā)生次數(shù)增多的同時，其嚴重性、多樣性和復雜度也逐漸增加。災難發(fā)生后的72h為黃金搶救時間，但受災難現(xiàn)場的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的影響，救援人員難以快速、高效、安全地進行工作，且救援任務逐漸超出了救援人員的能力范圍，因此，救援機器人已經(jīng)成為一個重要的發(fā)展方向。在救援機器人研究領域，最近有加州大學伯克利分校研究的蟑螂救援機器人，蟑螂擁有著較小的身軀，可以較靈活的在災后搜救工作中發(fā)揮良好的作用。早在上個世紀日本就從仿生學的角度研制出了一款蛇形仿生機器人，該仿生機器人可以實現(xiàn)三維的空間運動，每一節(jié)都安裝有一對被動輪，可以改變機器人的運動縱橫摩擦系數(shù)比也可以保護蛇形身軀。國內(nèi)的高校也相繼的進行仿生救援機器人的研究。沈陽自動化研究所就研制了一款蛇形仿生機器人。該機器人被廣泛的應用于救援以及偵察領域，大大的提高了救援效率！

解放勞動力，將危險的任務交給機器人來承擔必將成為以后科技發(fā)展的大勢所在，因此機器人的研究只會越來越熱門！而WiFi探測生命體征也是機器人研究中的一項重要技術(shù)，機器人可以做為載體來進行生命的探測！該項技術(shù)最早是由麻省理工學院提出的。其開發(fā)了一種全新系統(tǒng)Wi-Vi，利用WiFi信號追蹤人體。因此我們所設計的機器人正是在這一技術(shù)的基礎上研制出來的。

我們設計研究的仿生救援偵察機器人汲取了現(xiàn)有的機器人的優(yōu)點。該機器人不僅能夠自主運動，還可以由自身搭載的Wi-Vi系統(tǒng)進行生命體征的探測，由通訊模塊傳輸給后方的救援人員，使得救援以及偵察任務順利完成！

2設計方案：

Wi-Vi系統(tǒng)是由MIT的計算機科學以及人工智能研究室所發(fā)明的，利用低功率的WiFi信號，其穿過墻壁，監(jiān)測到信號返回的時長，根據(jù)這種反射信號的變化狀況，可監(jiān)測周圍的心跳的跳動，從而確定生命體征的存在。該技術(shù)尚屬于比較新穎的技術(shù)。但是，根據(jù)測驗利用該技術(shù)可以同時探測4—5人的心率并且準確率達到99%。相比于雷達和聲納等現(xiàn)有“透視”技術(shù)，Wi-Vi系統(tǒng)“不僅成本低，而且無障礙，用戶自助跟蹤身體特征變得門檻很低。另外，由于WiFi頻段是免費開放的，因此選擇WiFi是一種智慧的選擇。對于WiFi在通墻壁時會出現(xiàn)信號衰減的情況，保證發(fā)射功率足夠大就可以避免信號的大幅度衰減。在電子部分還裝有微型攝像頭，機器人可以根據(jù)攝像頭反饋來的路況信息進行自主判斷規(guī)劃路徑。上面還搭載有通訊模塊，在機器人探測到生命信息以及地質(zhì)信息時便實時的反饋給后臺，后臺人員便可以根據(jù)反饋來的信息制定相應的對策！該技術(shù)還可以應用到城市反恐，手勢控制開關(guān)以及老人活動量的測量等方面。

由于計算機技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，WiFi技術(shù)的應用肯定會越來越廣泛！逐漸的滲透到了我們的生活當中。

仿生機器人的移動機構(gòu)有許多方式， 比較常見的有輪式、腿式、輪腿復合式。輪式較簡單，運動速度快，控制簡單。但是，避障能力稍差。

受到C字形彈跳器的啟發(fā)。該機器人的運動機構(gòu)是采用半月形狀的輪子進行在地面上爬行以及滾動。

該機器人在機械結(jié)構(gòu)方面有六個輪子由三組電機共同驅(qū)動，一個電機同時驅(qū)動兩側(cè)相對的輪子。三組電機是相互獨立的，不互相干擾。運動方式存在兩種模式：1、遇到障礙物時，六個輪子同步運動，這樣，獨特的C形輪便利用其獨特的優(yōu)勢越過障礙物2、在平坦路面上，通過控制電機的轉(zhuǎn)速使得三組電機的轉(zhuǎn)速不相同，利用三角步態(tài)原理使三組輪子不同步的運動始終能夠向前滾動，提高其運動速度！

由于采用的是C形輪，因此該輪子還可以在水中作為螺旋槳使得機器人向前推進，實現(xiàn)在水中的運動。大大的提高了其適應能力！

3市場應用：

3.1災后救援：

近些年，地震嚴重威脅著人類的生命與財產(chǎn)安全。災難發(fā)生后的72h為黃金搶救時間，受到環(huán)境的影響，救援人員難以快速、高效、安全地到達救援地點。進行工作，且救援任務逐漸超出了救援人員的能力范圍，因此，救援機器人肯定會逐步的在災后救援領域占著較大的比重！

3.2城市反恐：

在城市反恐中，該機器人可隱藏的接近恐怖分子，將探測得到的信息傳輸給后方人員，為制定救援方案提供依據(jù)！

參考文獻：

[1]馬驍.《面向災后救援的人體生命體征探測研究》.成都：電子科技大學，2016.

[2]王國彪，陳殿生，陳科位，張自強.《仿生機器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》. 國家自然科學基金委員會工程與材料科學部 北京航空航天大學機器人研究所 機械工程學報， 2015

[3]劉金國，王越超，李斌，馬書根. 《災難救援機器人研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵性能及展望》機械工程學報 ，2006.

[4]葉獻偉，陳樊，高建華. 《六足仿生機器人越障步態(tài)方法研究》浙江理工大學學報 2008