[发明专利]一种马蹄型远程遥控智能救生装置

权利要求书

1.一种马蹄型远程遥控智能救生装置，其特征在于包括第一涡轮螺旋桨、第二涡轮螺旋桨、遥控器、第一锂电池、第一直流电机、第二直流电机、第二锂电池、无线信号接收器、第一电机驱动器、第二电机驱动器、单片机、电压转换器；其中第一涡轮螺旋桨、第二涡轮螺旋桨分别与第一直流电机和第二直流电机通过联轴器连接，第一直流电机和第二直流电机通过第一电机驱动器和第二电机驱动器与单片机相连，第一锂电池和第二锂电池分别为第一直流电机和第二直流电机供电，并且第一锂电池通过电压转换器为单片机供电，单片机的通信口与无线信号接收器相连；无人机中的GPS/GLONASS双模定位模块负责定位被救者，传输救援画面，所述马蹄型远程遥控智能救生装置接收无人机传输的救援画面，默认自动模式，总是执行单片机路径规划程序，无人机侦查的地图发送给单片机采用图论法建模用Dijkstra算法解得初始路径，再采用蚁群算法建模并求解优化初始路径得最优路径，以最短距离救援；通过在单片机中断程序中设置模式标识A并根据遥控器按键的状态给A赋值进行所述马蹄型远程遥控智能救生装置运动模式切换，按下遥控器手动模式按钮模式标识A＝1，切换至手动模式，不执行单片机路径规划程序，依靠救援人员使用遥控器对所述马蹄型远程遥控智能救生装置运动进行控制，单片机在主程序里每执行一圈，先判断模式标识A，根据A的值决定下一轮是手动还是自动模式；在救援过程中无人机始终跟随所述马蹄型远程遥控智能救生装置实时拍摄水面情形。

2.一种自动路径规划救生方法，使用如权利要求1所述的救援系统，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：所述马蹄型远程遥控智能救生装置接收无人机侦查反馈的水上环境地图；

步骤二：在环境地图中标出起始点S和目标点T以及障碍点Z1、Z2、Z3……；

步骤三：采用MAKLINK图论法进行环境建模：

1)用直线即链接线L1、L2、L3……将起始点S、障碍点Z1、Z2、Z3……和目标点T依次连接，把水上环境地图划分为凸边形区域；

2)将各链接线的中点M1、M2、M3……设置成可能经过的路径点；

3)将设置的起始点S和目标点T链接到所在凸边形区域的各路径点上；

4)将相邻的点两两相连形成一个带权无向链接图，即得环境模型；

步骤四：在该环境模型中采用Dijkstra算法求解最短路径，它的算法流程是：

1)初始化，假设已经得到的水上救生机器人行驶环境网络拓扑图是一个带权有向图D，初始化集合A和集合B，把图中的点分到集合A和集合B中，集合A存放已经求得的最短路径，初始时集合A只有一个起始点，集合B存放未确定最短路径的点，初始时集合B为空集；同时初始化起始点S到其他结点的最短路径长度L，起始点到其他结点有连接线则对应连接线长度，否则对应最大值；

2)不断更新集合A和集合B，选择L[i]中的最小值加入集合A，直至所有点都包含在在集合A中，将集合B中的点按最短路径长度递增依次加入已经求得的最短路径的集合A；

3)不断更新最短路径值L；

4)算法结束

就可以得到起点至终点在全局连同图上的最短路径，将求得的全局连同图中的最短路径作为初始路径；

步骤五：再利用蚁群算法来对初始路径进行优化，首先初始化蚁群算法建立的数学模型中的参数，令t＝0，循环次数N_c＝0，并设置最大循环次数Nc_max，将m只蚂蚁放到初始点f_start上，设置路径(i,j)的初始化信息量τ_ij(0)＝τ₀，τ₀为某一常数同时将初始点f_start设置到禁忌表tabu_k中去；

步骤六：然后m只蚂蚁开始搜索，当所有蚂蚁到达终点时，根据信息素更新公式τ_ij(t+n)＝(1-ρ)τ_ij(t)+Δτ_ij(t)进行更新,其中对各路径上信息素进行更新；

步骤七：然后判断Nc≥Nc_max是否成立；

步骤八：若成立，则循环结束运行结束，得到一条最优路径；

步骤九：否则清空tabu表并跳转到m只蚂蚁开始搜索，开始新一次循环，直到得到最优路径，从而实现所述马蹄型远程遥控智能救生装置的自动路径规划，以最短距离游向落水者身边；

步骤十：所述马蹄型远程遥控智能救生装置在水中航行的过程中，无人机一直在其上方飞行，实时传输救援画面，直至救援结束；

步骤十一：在单片机中断程序中设置模式标识A并根据遥控器按键的状态给A赋值进行所述马蹄型远程遥控智能救生装置运动模式切换，按下遥控器手动模式按钮模式标识A＝1，切换至手动模式，不执行单片机路径规划程序，依靠救援人员使用遥控器对所述马蹄型远程遥控智能救生装置运动进行控制，单片机在主程序里每执行一圈，先判断模式标识A，根据A的值决定下一轮是手动还是自动模式，遥控器通过无线信号接收器把控制信号发送给所述马蹄型远程遥控智能救生装置，去对落水者进行施救，在所述马蹄型远程遥控智能救生装置水中航行的过程中，无人机一直在其上方飞行，实时传输救援画面，直至救援结束。