用于单兵的综合智能头盔系统及方法与流程

1.本发明涉及军事、消防领域，具体地，涉及一种用于单兵的综合智能头盔系统及方法。


背景技术：

2.头盔作为保护头部的装具，广泛应用于军事、建筑、采矿、交通等各种领域，能在生产或运动活动中对人体重要的头部起到很好的保护作用，避免出现意外，是人们的生产、生活不可或缺的工具。随着科技的迅速发展，通过技术人员结合高新科技把一个普通的头盔升级呈智能头盔，达到人所需要的智能功能。
3.目前市面上有一些特殊用途的智能头盔，安装有耳机、话筒，留有安装摄像头、照明电筒等附加设备的插口，但普遍结构过于简单，功能过于单一，并不能实现真正的智能化，用户使用体验较差。单兵的应用场景中，需要对头盔进行科技升级，以提高作战效率、提升装备续航能力及保护单兵安全。基于此，开发一种新型的用于单兵的综合智能头盔尤为必要。
4.专利文献申请(专利)号：202120652823.8公开了一种可接听电话的智能头盔，包括头盔本体，所述头盔本体靠近中间位置的两侧内壁底部均设置有耳畔，且头盔本体靠近耳畔的一侧开有安装槽，安装槽的内壁固定有机体，所述机体的内壁一侧固定有主控制器，且机体的一侧固定有指向性麦克风，机体的一侧固定有立体声耳机，立体声耳机位于指向性麦克风的上方。但该发明提出的智能头盔系统智能化和全面化不足：支持功能较少。
5.专利文献申请(专利)号:202111195706.4公开了一种外卖员智能头盔控制系统及方法，包括头盔本体，在头盔本体上设有微处理模块，所述头盔本体的外侧面上部设有电源模块，在电源模块的前端设有与微处理模块相连接的摄像头模块，从电源模块处向两侧延伸的头盔本体曲面上设有一组疲劳指示灯模块，疲劳指示灯模块下部设有与头盔本体可拆卸连接的骨传导耳麦模块，在头盔本体后端骨传导耳麦模块所围外侧面上设有智能灯光模块；头盔本体下端设有头盔调节带，头盔调节带上设有可拆卸连接的门禁模块。但该发明提出的智能头盔系统智能化和全面化不足：支持功能较少。
6.专利文献申请(专利)号:202111063598.5公开了一种具备导航定位功能的电动车智能头盔，该头盔包括头盔主体、铰接于头盔主体前端开口处的面罩，固定连接于头盔主体下方的头带，及设于头盔主体上的控制系统；控制系统包括供电模块和处理器，及与处理器相连的定位模块和显示模块，供电模块用于为各模块提供电能，定位模块用于接收gps信号确定位置信息，处理器用于获取位置信息并根据位置信息在单位时间内的运动距离计算行驶速度，显示模块设于面罩上，用于显示位置信息和行驶速度。但该发明提出的智能头盔系统智能化和全面化不足：支持功能较少。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于单兵的综合智能头盔系统
及方法。
8.根据本发明提供的一种用于单兵的综合智能头盔系统，包括：
9.主控制器：电性连接并统筹所有模块，负责所有模块的数据处理与分析，呈现到显示模块中；
10.传感器模块：监测单兵身体特征，采集信息通过主控制器控制显示在显示模块上；
11.视频信息采集模块：集成360
°
全景摄像头，采集信息通过主控制器控制显示在显示模块上；
12.显示模块：集成ar新型显示屏技术，显示其余模块采集的信息；
13.定位导航模块：结合北斗与惯性导航传感器，采集到的信息传输至主控制器；
14.无线通信功能模块：实时监控单兵状态，信息传输至主控制器；
15.无线数据传输模块：将主控制器所处理的信息数据进行传输；
16.电源模块：采集士兵的运动以及周围环境所产生的振动能量并进行发电，对头盔进行供电。
17.优选地，在所述主控制器中：
18.内部集成ai智能soc，负责所有模块的数据处理、训练与分析，实现相应模块的功能以及语音控制与识别功能。
19.优选地，在所述传感器模块中：
20.设计集成监测人体血氧的传感器模块，通过监测单兵人体血氧含量监测人体生命特征，实时监测单兵身体特征。
21.优选地，在所述视频信息采集模块中：
22.设计集成360
°
全景摄像头的视频信息采集模块实现单兵周围的全景拍摄。
23.优选地，在所述显示模块中：
24.集成ar新型显示屏技术的显示模块，实现3d地图绘制显示、ar智能导航。
25.优选地，在所述定位导航模块中：
26.针对提高作战效率的需求，根据北斗或者惯导定位，通过预设的定位与路径算法，实现在任意室内外或信号盲区环境下，实时对单兵定位、姿态监测以及路径规划；
27.定位导航模块包括北斗模块、高精度惯导模块、主控制器和定位导航显示模块，北斗模块与高精度惯导模块采集北斗模块的定位信息以及加速度计数据、陀螺仪数据；主控制器模块对采集的数据进行处理，剔除异常值和无效数据，进行导航和单兵姿态解算，利用有效机会信息对导航结果进行修正，得到导航定位以及姿态识别结果，并将导航解算中的位置信息以及姿态识别结果显示到显示模块中以及传输到远程指挥中心处。
28.优选地，在所述无线通信功能模块中：
29.实时观看单兵作战的场景，实时监测单兵定位、姿态以及生命特征信息。
30.优选地，在所述无线数据传输模块中：
31.将主控制器所处理的信息数据传输给后方指挥中心。
32.优选地，在所述电源模块中：
33.具有发电功能，在头盔表面布置摩擦纳米发电材料，采集士兵的运动以及周围环境所产生的振动能量，通过预设的结构与发电控制算法进行发电，从而对智能头盔进行供电，实现自供电工作机制，满足高续航的需求；
34.摩擦纳米发电材料包括质量块、悬臂梁、纳米材料层和基座，悬臂梁的一端固定在基座上，纳米材料层贴合在悬臂梁下表面，质量块固定在摩擦发电结构悬臂梁自由端的上表面；摩擦发电结构随单兵运动或者环境影响而振动使悬臂振子上下摆动，从而产生电能，经后续充电控制电路整流后，对储能电路进行充电，为整个头盔进行供电，发电结构与控制电路集成于头盔系统中的电源模块。
35.根据本发明提供的一种用于单兵的综合智能头盔方法，采用所述的用于单兵的综合智能头盔系统，执行包括：
36.步骤s1：打开综合智能头盔硬件系统开关，主控制器通电，无线通信与数据传输模块通电初始化；
37.步骤s2：传感器模块采集环境与人体特征数据，采集信息通过主控制器控制显示在显示模块上；无线麦克风开启语音识别与通信功能，视频采集模块进行人脸识别，对周围环境进行拍摄，上传环境信息；
38.步骤s3：后方指挥中心与智能头盔通过无线通信模块进行远距离通信，分配任务；
39.步骤s4：通过导航定位模块将单兵定位信息与姿态信息显示在显示模块中，并传输到后方指挥中心。
40.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
41.1、本发明设计了一种满足多种单兵需要的功能融为一体的综合智能头盔系统，支持语音控制与识别、视频拍摄与显示、实时定位、智能导航、人体姿态识别、生命特征监测、无线通信与数据传输、自供电和照明等功能，支持单兵作战任务；
42.2、本发明设计了北斗与高精度惯性导航结合的定位导航模块，实时对单兵定位、姿态识别，针对智能化的需求，设计视频信息采集模块、显示模块、无线通信功能模块与无线数据传输模块，实现单兵周围的全景拍摄，与后方指挥中心的通行与数据传输，提高作战效率；
43.3、本发明设计了一种支持防弹、防水、防火、防气等多种作战方式的头盔骨架，并在头盔靠近人体耳部的位置布置可以监测人体生命特征的传感器，实时监测单兵身体特征，保障单兵生命安全；
44.4、本发明设计了一种自供电工作机制，在头盔表面布置摩擦纳米发电材料，利用士兵的运动以及周围环境的变化(如雨水的拍打、刮风等)进行发电，对智能头盔上的传感器进行供电，实现自供电与高续航的需求；
45.5、本发明通过定位导航模块采集士兵的定位与姿态信息，360
°
全景摄像的图像采集模块采集周围的环境以及传感器模块监测人体血氧特征，将上述数据上传给主控制器处理与训练，然后通过ar新型显示屏显示出来并通过无线数据传输模块传输给后方指挥中心，实时观看单兵作战的场景，并对单兵定位、姿态以及生命特征监测，通过定位导航模块，实现在任意室内外或信号盲区环境下，实时对单兵定位、姿态监测以及路径规划。
附图说明
46.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
47.图1为一种用于单兵的综合智能头盔系统组成；
48.图2为一种用于单兵的综合智能头盔系统工作流程；
49.图3为定位导航模块结构图；
50.图4为摩擦纳米发电结构。
具体实施方式
51.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
52.实施例1：
53.根据本发明提供的一种用于单兵的综合智能头盔系统，如图1-图2所示，包括：
54.主控制器：电性连接并统筹所有模块，负责所有模块的数据处理与分析，呈现到显示模块中；
55.优选地，在所述主控制器中：
56.内部集成ai智能soc，负责所有模块的数据处理、训练与分析，实现相应模块的功能以及语音控制与识别功能。
57.传感器模块：设置在头盔本体侧面靠近人体耳朵底部；监测单兵身体特征；
58.优选地，在所述传感器模块中：
59.设计集成监测人体血氧的传感器模块，通过监测单兵人体血氧含量监测人体生命特征，实时监测单兵身体特征。
60.视频信息采集模块：设置在头盔本体正面的顶部，集成360
°
全景摄像头；
61.优选地，在所述视频信息采集模块中：
62.设计集成360
°
全景摄像头的视频信息采集模块实现单兵周围的全景拍摄。
63.显示模块：设置在头盔本体的正面，集成ar新型显示屏技术；
64.优选地，在所述显示模块中：
65.集成ar新型显示屏技术的显示模块，实现3d地图绘制显示、ar智能导航。
66.定位导航模块：设置在头盔本体正面的顶部，结合北斗与惯性导航传感器；
67.优选地，在所述定位导航模块中：
68.针对提高作战效率的需求，根据北斗或者惯导定位，通过预设的定位与路径算法，实现在任意室内外或信号盲区环境下，实时对单兵定位、姿态监测以及路径规划；
69.定位导航模块包括北斗模块、高精度惯导模块、主控制器和定位导航显示模块，北斗模块与高精度惯导模块采集北斗模块的定位信息以及加速度计数据、陀螺仪数据；主控制器模块对采集的数据进行处理，剔除异常值和无效数据，进行导航和单兵姿态解算，利用有效机会信息对导航结果进行修正，得到导航定位以及姿态识别结果，并将导航解算中的位置信息以及姿态识别结果显示到显示模块中以及传输到远程指挥中心处。
70.无线通信功能模块：设置在头盔本体侧面的底部，实时监控单兵状态；
71.优选地，在所述无线通信功能模块中：
72.实时观看单兵作战的场景，实时监测单兵定位、姿态以及生命特征信息。
73.无线数据传输模块：设置在头盔本体侧面的底部，将主控制器所处理的信息数据
进行传输；
74.优选地，在所述无线数据传输模块中：
75.将主控制器所处理的信息数据传输给后方指挥中心。
76.电源模块：设置在头盔本体背面，采集士兵的运动以及周围环境所产生的振动能量并进行发电，对头盔进行供电。
77.优选地，在所述电源模块中：
78.具有发电功能，在头盔表面布置摩擦纳米发电材料，采集士兵的运动以及周围环境所产生的振动能量，通过预设的结构与发电控制算法进行发电，从而对智能头盔进行供电，实现自供电工作机制，满足高续航的需求；
79.摩擦纳米发电材料包括质量块、悬臂梁、纳米材料层和基座，悬臂梁的一端固定在基座上，纳米材料层贴合在悬臂梁下表面，质量块固定在摩擦发电结构悬臂梁自由端的上表面；摩擦发电结构随单兵运动或者环境影响而振动使悬臂振子上下摆动，从而产生电能，经后续充电控制电路整流后，对储能电路进行充电，为整个头盔进行供电，发电结构与控制电路集成于头盔系统中的电源模块。
80.根据本发明提供的一种用于单兵的综合智能头盔方法，采用所述的用于单兵的综合智能头盔系统，执行包括：
81.步骤s1：打开综合智能头盔硬件系统开关，主控制器通电，无线通信与数据传输模块通电初始化；
82.步骤s2：传感器模块采集环境与人体特征数据，采集信息通过主控制器控制显示在显示模块上；无线麦克风开启语音识别与通信功能，视频采集模块进行人脸识别，对周围环境进行拍摄，上传环境信息；
83.步骤s3：后方指挥中心与智能头盔通过无线通信模块进行远距离通信，分配任务；
84.步骤s4：通过导航定位模块将单兵定位信息与姿态信息显示在显示模块中，并传输到后方指挥中心。
85.实施例2：
86.实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
87.针对上述现有需求，本发明要满足的技术需求体现在以下几点：
88.1)针对单兵任务，设计满足多种单兵需要的功能融为一体的综合智能头盔系统，主要包括主控制器、传感器模块、视频信息采集模块、显示模块、无线通信功能模块、无线数据传输模块、定位导航模块以及具有发电功能的电源模块等组成。支持语音控制与识别、视频拍摄与显示、实时定位、智能导航、人体姿态识别、生命特征监测、无线通信与数据传输、自供电和照明等功能。
89.2)针对提高作战效率的需求，设计北斗与高精度惯性导航传感器结合的定位导航模块，根据北斗或者惯导定位，通过自研的定位与路径算法，实现在任意室内外或信号盲区环境下，实时对单兵定位、姿态监测以及路径规划。工作原理：定位导航模块主要包括四个核心部分：北斗模块、高精度惯导模块、主控制器和定位导航显示模块。北斗模块与高精度惯导模块用来采集北斗模块的定位信息以及加速度计数据、陀螺仪数据；主控制器模块主要是对采集的数据进行处理，剔除异常值和无效数据，同时根据自主研发的算法，进行导航和单兵姿态解算，同时利用有效机会信息对导航结果进行修正，得到导航定位以及姿态识
别结果，并将导航解算中的位置信息以及姿态识别结果显示到显示模块中以及传输到远程指挥中心处，以便对导航定位结果有更加直观的感受。
90.3)针对智能化的需求，设计集成360
°
全景摄像头的视频信息采集模块以及集成ar新型显示屏技术的显示模块，实现单兵周围的全景拍摄，3d地图绘制显示，ar智能导航。
91.4)针对保护单兵生命安全，设计的智能头盔支持防弹、防水、防火、防气等多种作战方式，设计集成监测人体血氧的传感器模块，传感器模块设置在头盔本体侧面靠近人体耳朵底部，监测人体生命特征，实时监测单兵身体特征。
92.5)针对高续航的需求，设计具有发电功能的电源模块，在头盔表面布置摩擦纳米发电材料，采集士兵的运动以及周围环境(如雨水的拍打、刮风等)所产生的振动能量，通过自研的结构与发电控制算法，进行发电，从而对智能头盔进行供电，实现自供电工作机制，满足高续航的需求。
93.工作原理：摩擦纳米发电结构包括质量块1、悬臂梁2、纳米材料层3和基座4。悬臂梁2的一端均固定在基座4上。纳米材料层3贴合在悬臂梁2下表面，质量块1固定在摩擦发电结构悬臂梁2自由端的上表面。摩擦发电结构随单兵运动或者环境影响而振动使悬臂振子上下摆动，从而产生电能。经后续充电控制电路整流后，对储能电路进行充电，最终为整个头盔进行供电。发电结构与控制电路集成于头盔系统中的电源模块。
94.实施例3：
95.实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
96.参照附图，对本发明的系统和方法作如下详细的说明。
97.如附图1所示，本发明专利涉及的用于单兵综合智能头盔系统由主控制器、传感器模块、视频信息采集模块、显示模块、无线通信功能模块、无线数据传输模块、定位导航模块以及带有发电功能的电源模块等组成：主控制器电性连接并统筹所有模块，负责所有模块的数据处理与分析，最终呈现到显示模块中，图像采集模块和定位导航模块设置在头盔本体正面的顶部，无线通信模块和无线数据传输模块设置在头盔本体侧面的底部，显示模块设置在头盔本体的正面，传感器模块设置在头盔本体侧面靠近人体耳朵底部，带有发电功能的电源模块设置在头盔本体背面。
98.1)设计统筹所有模块的主控制器，内部集成超高算力的ai智能soc，负责所有模块的数据处理、训练与分析，实现相应模块的功能以及语音控制与识别功能。
99.2)设计集成监测人体血氧的传感器模块，通过监测单兵人体血氧含量，实时监测单兵生命身体特征，保护单兵生命安全。
100.3)设计集成360
°
全景摄像头的视频信息采集模块以及集成ar新型显示屏技术的显示模块，全景拍摄周围的环境，并通过ar新型显示屏技术显示，实现3d地图绘制显示，ar智能导航。
101.4)设计北斗与高精度惯性导航传感器结合的定位导航模块，实现在任意室内外或信号盲区环境下，实时对单兵定位、姿态监测以及路径规划。
102.5)设计远程无线通信功能模块和无线数据传输模块，将主控制器所处理的信息数据传输给后方指挥中心，实时观看单兵作战的场景，实时监测单兵定位、姿态以及生命特征信息。
103.6)设计具有发电功能的电源模块，采集士兵的运动以及周围环境(如雨水的拍打、
刮风等)所产生的振动能量并进行发电，从而对智能头盔进行供电。
104.如附图2所示单兵任务开启，打开综合智能头盔硬件系统开关，主控制器通电，无线通信与数据传输模块通电初始化，传感器模块开始采集环境与人体特征数据，采集信息通过主控制器控制显示在显示模块上，无线麦克风开启语音识别与通信功能，视频采集模块进行人脸识别，对周围环境进行拍摄，上传环境信息。后方指挥中心与智能头盔通过无线通信模块进行远距离通信，分配任务。前往任务现场，通过导航定位模块将单兵定位信息与姿态信息显示在显示模块中，并传输到后方指挥中心。
105.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
106.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
107.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。