基于STM32的无人无缆水下救援机器人

卢震宇

摘要    本文介绍了一种无人无缆水下救援机器人的簡单研究，以此类机器人的系统框架设计为重点，围绕着基础算法进行了研究，并且调查和分析了国内外相关研究现状和进展，指出了未来水下救援机器人的发展前景。此类机器人具有远程化，智能化的特点，可以在被严重污染的水域、极度危险环境、等不适合人类下潜的情况下，代替人工在水下进行救援以及搜集证据等完成多种任务，将会成为水下救援的一种新趋势。

【关键词】水下机器人 STM32 开发板 传感器 救援机器人

水下救援，似乎是一个极其敏感而微妙的话题，消防队则有苦难言。因此，消防水下救援处于一个尴尬境地。据悉，截至目前，政府并未出台相关的水下救援制度。现在市场上仅有的大部分水下救援机器人工作是通过工作人员在船上或者岸上的远程上位机操控，通过视觉等传感器探测生命特征并实时将信息上传，因此不仅在于能够开展救援的水下机器人，则对操作能力的要求更高，但是有时候人的判断也会有一些失误。

随着国家海洋发展战略的提出，高端海洋装备将成为研究的热点，为了解决现有的问题，综合多方面的因素，通过研究分析现有的水下救援机器人，例如新型消防用水下搜救机器人，海螺二号（HAI LUO II）小型水下救援机器人（Remotely Operated Vehicle）等等，在继承其优点的基础上推出了无人无缆水下救援机器人。

1 系统框架设计

1.1 项目需求

由于水下情况多数处于未知，工作环境危险，因此对装备和从业人员自身素质要求较高。当前我国在无人无缆水下救援机器人这一领域技术尚未成熟，许多硬件依赖进口，使得产品价格较高。但随着中国制造业的发展，相关技术将会逐步成熟，使得成本降低。中国无人无缆水下机器人这一行业需求不断增长，将会成为未来水下救援的一种新趋势。

1.2 相关指标设计

无人无缆水下救援机器人的重点在于智能搜救，和智能救援两方面。在智能搜救方面，此机器人配备水下摄像头，无线图传模块，图像智能识别设备，低频主动声呐系统，以及高精度定位系统。在智能救援方面，配备了两个机械臂以及一个救生舱，遇到需要救援的人员，可以及时将其放入救生舱，避免二次伤害，在智能救援方面，还会配有多种光纤，红外等传感器，相配合工作，通过对水压，温度等环境因素的计算，来得出最合适的救援方案。在动力方面，合理利用温差能的产物。温差能是利用水体不同深度之间的温度差来汲取能量的，其在全世界的海域中存储量巨大。因此，无人无缆水下机器人刚好利用这一海洋产物来提供动力，从而可以在某方面来说实现了“永动”。

1.3 系统结构

机器人主体部分是类人的形状，机器人头部有两个水下灯，脚掌底部和两个机械臂处装有四个推进器，并且推进器可以随着脚掌和机械臂的方向转动，进而改变方向，在四个推进器方向一致时可以全速前进，通过四个推进器相互配合，机器人可以像人类一样在海里自由的行进。各种推进器之间的相互配合是由机器人中央控制系统，通过对环境监测从而进行精密计算，得出的前行方案。在机器人中部设置有一个救生舱，内部装有恒温恒压装置，当发现伤者，在将其救出后放入救生舱内。

2 主要功能的实现

2.1 系统概述

以STM32F103RC为核心的开发板（如图1）来作为无人无缆水下救援机器人的中控系统，它具有质量小，安全可靠，综合性能好等优点，同时他具有多路pwm能够在接收到传感器传回的信号后，再将信号传给智能处理器，当中央处理器通过计算最后得出方案后，再将信号传给救援系统，从而实现搜救，处理，救援综合化，为无人无缆水下救援机器人提供多方面协调统筹能力。

关于传感器与方向修正：无人无缆水下救援机器人配有多个传感器，当传感器检测到信号，通过FS-V1信号放大器传输到开发板中，因此通过多种情况来进行修正方向。

2.2 关于动力系统

当前水下机器人大多采用封闭式循环、化学和核系统等来为其提供动力，但是这些动力供应方式有许多弊端，不仅消耗现有的矿产资源，还会造成一系列的环境问题。在21世纪，清洁能源的使用已经深入人心。在三分陆地七分海洋的地球上，海洋资源的开发已经得到人类的重视，因此无人无缆水下救援机器人通过就地取材，利用温差能来实现动力传输，从而使机器人具备强大的动力系统。温差能是利用水体不同深度之间的温度差来汲取能量的。如果科学合理利用温差能不仅可以缓解当前存在的能源危机，还有利于环境可持续发展，因此我们可以利用温差能来为无人无缆水下救援机器人提供动力。

2.3 关于救生舱

救生舱为软体式救生舱，为了节省空间，依靠快速自动充气膨胀架设，当救援机器人发现伤者，救生舱会与机械臂相配合，来将伤者放入舱内，避免二次伤害，额定防护时间为96小时。

救生舱具有恒压和恒温装置，能根据实际情况进行调节，使得无论在多深的海洋里，内部都会保持适合的温度和压力。

3 结论

每时每刻机器人领域研究都在不断的推进。通过本文对相关系统框架结构和基础算法的分析和研究，同时结合国内外研究现状，我国在此领域取得了一定的成果，但是智能化救援这一领域，仍然处于起步阶段，依然面临着巨大的挑战，还等着我们去探索和研究。

参考文献

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