(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210584067.9 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 郑能干　李琦琦　张焓　王鹏飞　 (74)专利代理 机构 北京和信华成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11390 专利代理师 黄尧昆 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B25J 13/08(2006.01) (54)发明名称 基于多模态融合定位的大鼠搜救机器人及 搜救方法 (57)摘要 本发明公开了基于多模态融合定位的大鼠 搜救机器人及搜救方法， 包括大鼠生物本体， 电 子背包模块， 以及系统平台， 所述电子背包模块 包括微处理器、 脉冲发生器、 通道选择器、 无线 通 信信号接收模块、 UWB人体存在传感器、 定位模块 和供电电路， 系统平台包括上位机和无线通信信 号发射模块， 通过无线通信方式建立无线通信连 接， 以在大鼠生物本体、 电子背包模块和系统平 台之间搭建出计算机系统与生物脑中枢神经系 统之间的信息交互通路。 本发明通过脑机接口技 术实现的一种大鼠机器人， 直接以大鼠身体为本 体， 保留了动物自身经自然进化的良好机能， 在 复杂环境中不必用专门的控制算法对环境进行 检测和判断， 可利用大鼠已有的能力自主实现运 动控制和避障功能。 权利要求书4页 说明书12页 附图1页 CN 115056235 A 2022.09.16 CN 115056235 A 1.基于多模态融合定位的大鼠搜救机器人， 其特征在于， 包括大鼠生物本体(3)， 电子 背包模块(4)， 以及系统平台(2)， 所述电子背包模块(4)包括微处理器、 脉冲发生器、 通道选 择器、 无线通信信号接收模块、 UWB人体存在传感器、 定位模块和供电电路， 所述微处理器、 脉冲发生器、 通道选择器、 无线通信信号接收模块、 UWB人体存在传感器和定位模块均通过 电导线与供电电路电连接， 所述脉冲发生器、 通道选择器、 无线通信信号接收模块、 UWB人体 存在传感器、 定位模块均通过导线与微处理器电连接， 系统平台(2)包括上位机(1)和无线 通信信号 发射模块， 所述无线通信信号 发射模块和无线通信信号接收模块通过无线通信方 式建立无线通信连接， 以在大鼠生物本体(3)、 电子背包模块(4)和系统平台(2)之间搭建出 计算机系统与生物脑中枢神经系统之 间的信息交互通路， 所述上位机用于生成表征搜救人 员控制指 令的控制信号， 并通过无线通信信号发射模块将控制信号沿信息交互通路进 行发 射传递； 所述电子背包模块(4)通过魔术贴(7)穿戴固定在大鼠生物本体(3)的背部， 所述无线 通信信号接收模块用于接收来自于信息交互通路中的所述控制信号， 所述微处理器用于将 控制信号转化为向大鼠生物本体的生物脑中枢神经系统发送的刺激信号， 所述脉冲发生器 和通道选择器用于将刺激信号发送至所述生物脑中枢神经系统， 所述UWB人体存在传感器 用于检测被困人员生命体征， 所述定位模块用于精准获取被困人员的定位信息， 并将定位 信息反馈至所述微处理器， 再由微处理器沿信息交互通路传递给位于上位机处的搜救人 员。 2.根据权利要求1所述的基于多模态融合定位的大鼠搜救机器人， 其特征在于： 所述生 物脑的颅骨上固定有刺激电极(6)， 所述刺激电极(6)通过导线(8)与所述通道选择器中的 多个刺激通道相连接， 所述刺激电极与生物脑中枢神经系统相连接， 所述刺激信号依 次沿 所述刺激通道、 导线(8)和刺激电极(6)传导至所述生物脑中枢神经系统， 以实现将搜救人 员控制指令写入所述生物脑中枢神经系统来控制大鼠生物本体依所述搜救人员控制指令 执行搜救行为， 其中， 多个所述刺激通道在 传送刺激信号的类型 上存在互斥性。 3.根据权利要求2所述的基于多模态融合定位的大鼠搜救机器人， 其特征在于： 所述搜 救人员控制指令包括： 左转向指令， 右转向指令， 前进指令， 停止指令， 所述刺激信号包括： 左转向刺激信号， 右转向刺激信号， 前进刺激信号， 停止刺激信号， 所述刺激通道包括左转 向刺激通道， 右转向刺激通道， 前进刺激通道， 停止刺激通道， 其中， 所述左转向指令通过左转向刺激通道将左转向刺激信号传导至生物脑中枢神经系统 的初级躯体 感觉皮层胡须区左侧， 以诱 发大鼠生物本体出现虚拟的胡 须触碰感觉产生趋避 行为， 实现大鼠生物本体执 行左转向行为； 所述右转向指令通过右转向刺激通道将右转向刺激信号传导至生物脑中枢神经系统 的初级躯体 感觉皮层胡须区左右侧， 以诱发大鼠生物本体出现虚拟的胡 须触碰感觉产生趋 避行为， 实现大鼠生物本体执 行左右转向行为； 所述前进指令通过前进转向刺激通道将前进刺激信号传导至生物脑中枢神经系统的 内侧前脑束以提高大鼠生物本体的兴奋性和愉悦程度， 以及引起伏隔核多巴胺释放， 增加 大鼠的活跃度和运动意愿， 并在大鼠生物本体前进的过程中给予前进奖赏， 训练大鼠习得 前进奖赏的条件反射关系， 实现大鼠生物本体执 行前进行为； 所述停止指令通过停止转向刺激通道将停止刺激信号传导至生物脑中枢神经系统的权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115056235 A 2背侧中脑导水管周围灰质， 以诱导大鼠产生 警觉、 僵直的回避反应， 实现大鼠生物本体执行 停止行为。 4.根据权利要求3所述的基于多模态融合定位的大鼠搜救机器人， 其特征在于： 所述上 位机中设置有搜救人员控制指令的刺激参数， 以实现对刺激信号进行强度调控， 所述搜救 人员控制指令的刺激参数包括 运动方向、 脉冲间隔、 脉冲数量、 脉冲宽度。 5.根据权利要求4所述的基于多模态融合定位的大鼠搜救机器人， 其特征在于： 所述电 子背包模块(4)中的所述定位模块包括由三轴加速度计， 三轴陀螺仪和三轴磁力计组成的 九轴姿态传感器， 所述九轴姿态传感器由于将获得的轨迹数据通过 互补滤波算法进行数据 融合以实现大鼠生物本体的自校正 航位推算； 所述九轴 姿态传感器的轨迹数据与所述电子背包模块中的UWB人体存在传感器进行数 据融合以消去九轴姿态传感器误差， 包括： 将每个九轴 姿态传感器存在的误差建模为相互独立的高斯分布， 使用最大后验估计方 法， 由大鼠生物体的历史轨迹数据和九轴姿态传感器测量得到的轨迹数据之差估算九轴姿 态传感器误差的均值和方差； 在Transformer编码器中输入历史轨迹数据和九轴姿态传感器测量到的轨迹数据得到 注意力矩阵H， 解码器中输入九轴姿态传感器获取的大鼠生物体当前位置， 历史轨迹数据， 融合得到的注意力矩阵H， 构建出自注意力机制中的查询模块， 以及推算得到大鼠当前的真 实位置。 6.一种根据权利要求1 ‑5任一项所述的基于多模态融合定位的大鼠搜救机器人的搜救 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤S1、 将电子背包模块穿戴在大鼠生物本体的背部， 将大鼠生物本体放置在搜救起 点处， 上位机接 收搜救人员控制指令以及刺激参数， 并依据搜救人员控制指令以及刺激参 数生成起始控制信号， 再将起始控制信号由无线通信信号模块向电子背包模块处传输， 利 用UWB人体存在 传感器获取搜救起 点处的被困人员生命体征检测数据； 步骤S2、 电子背包模块中的无线通信信号接收模块接收到起始控制信号， 并将起始控 制信号传递给微处理器， 微处理器依据起始控制信号控制脉冲发生器生成初始刺激信号， 控制通道选择器选择供初始刺激信号传导的刺激通道， 以及控制初始刺激信号依次由刺激 通道、 导线和刺激电极传导至所述生物脑中枢神经系统， 以控制大鼠生物本体依初始刺激 信号在第1个预设搜索时长内执 行相应的搜救行为； 步骤S3、 利用UWB人体存在传感器实时获取大鼠生物本体在第1个预设搜索时长末端时 序的所在位置处的第1组被困人员生命体征检测数据， 基于第1组被困人员生命体征检测数 据判定探测到被困人员与否， 其中， 若未探测到被困人员， 则将第1组被困人员生命体征检测数据与搜救起点处的被困人 员生命体征检测数据间的相似度作为第1刺激信号调整率， 依据第1刺激信号调整率将所述 初始刺激信号更新 为第1刺激信号； 若探测到被困人员， 则利用定位模块获取被困人员的定位信息， 将定位信息反馈至所 述微处理器， 再由微处 理器沿信息交 互通路传递给位于上位机处的搜救人员； 步骤S4、 控制大鼠生物本体依所述第i刺激信号在第 i个预设搜索时长内执行相应的搜 救行为， 并利用UWB人体存在传感器实时获取大鼠生物本体在第i个预设搜索时长末端时序权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115056235 A 3