自主定位与地图构建的智能生命探测机器人制造技术

技术编号:14706068 阅读:93 留言:0更新日期:2017-02-25 12:15
本发明专利技术公开了一种自主定位与地图构建的智能生命探测机器人,生命探测模块检测环境中的生命特征,当检测到生命时,将电信号反馈给微处理单元,微处理单元控制远程报警模块进行报警;定位基站向主控制器提供机器人在所处环境中的实时坐标信息并记录机器人的历史运动轨迹。其优点是:激光扫描模块的运用一方面使机器人在恶劣环境中能够自主进行生命检测,而不需要人的远程操控;另一方面构建的环境地图能够在没有人员进入的情况下展现室内环境信息,降低了救援的难度;定位系统的运用不仅提供了检测到的待救人员在环境中的坐标信息,还记录了机器人的历史探测轨迹,提高了伤员搜救工作效率的同时减少了高危环境下救援人员的伤亡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能机器人
,涉及一种在恶劣室内环境下能够智能避障、自主探测生命体的机器人,在探测生命体的同时能够返回周围环境地图并在地图中实时显示机器人自身的坐标位置和历史轨迹记录。
技术介绍
无论在生产还是在生活中,当发生严重的地质或人为灾害时,如:火灾、高危化学品泄漏、建筑物塌陷等,恶劣的环境和二次灾害的不可控性都给救援人员的工作开展带来了极大的困难,浪费了宝贵的救援时间,甚至还将危及救援人员的生命安全。因此,人们希望能够在救援人员进入事发建筑内前使用带有生命探测功能的机器人来帮助救援人员来寻找搜救目标。而在现阶段的救援领域中,很少使用这样的探测机器人,而且需要更多的人为远程操控,无法进一步减轻救援人员的工作负担和缩减人为操控带来的时间消耗。传统的生命探测机器人往往只具备单纯的待救人员检测的功能,救援人员还是无法获得救灾建筑内环境概况和待救人员在该环境中的准确位置信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自主定位与地图构建的智能生命探测机器人,解决了现有技术中存在的只是从单一方面探测生命体的问题。智能避障、自主检测生命体的实现,减轻了远程操控带来的工作负担,也缩短了生命体的检测时间。激光扫描系统的现场点云数据采集,实现了室内环境的地图构建,帮助救援人员掌握更多环境信息。同时,定位系统将检测到的待救人员的坐标位置信息显示在室内环境地图上,并记录机器人的历史探测轨迹,以供救援人员制定有效的救援方案。实现本专利技术目的的具体技术方案是:一种自主定位与地图构建的智能生命探测机器人,它包括:移动系统、终端系统及定位系统,移动系统通过无线连接实现与终端系统、定位系统的双向信息交互,定位系统通过无线连接向终端系统单向传输数据;其中,所述的移动系统包括行走模块、微处理单元、生命探测模块、远程报警模块、激光扫描模块、无线模块和定位标签模块;所述的终端系统包括主控单元和无线通信模块;所述的定位系统包括定位基站模块和无线数据传输模块;其中:所述移动系统的行走模块由小车、驱动小车的直流电机以及电机驱动模块组成,电机驱动模块和直流电机通过有线连接,并安装在小车上;所述移动系统的定位标签模块由启动休眠模块、调制模块、UWB发射模块组成,启动休眠模块、调制模块、UWB发射模块通过有线电路集成;启动休眠模块与调制模块连接,调制模块与UWB发射模块连接;所述移动系统的激光扫描模块包括激光扫描电机模块和激光扫描逻辑模块;激光扫描电机模块和激光扫描逻辑模块通过有线连接;所述定位系统的定位基站模块包括UWB接收模块和解调模块,UWB接收模块与解调模块通过有线电路集成,定位基站模块与无线数据传输模块有线连接;所述终端系统的主控单元与无线通信模块有线连接;所述的行走模块、生命探测模块、远程报警模块、无线模块、定位标签模块、激光扫描模块与微处理单元通过有线连接,实现信息交互;所述的移动系统的定位标签模块通过内置的UWB发射模块向定位系统的定位基站模块发送UWB信号,定位基站模块再通过无线数据传输模块实现与主控单元的信息交互;终端系统的主控单元通过无线通信模块将处理完的信息发送给移动系统的微处理单元,实现对移动系统的控制;其中:激光扫描模块通过激光扫描来产生所在空间的平面点云地图信息并判断与周围障碍物的距离和位置;微处理单元利用激光扫描模块采集的距离和位置信息来控制行走模块实现自主行走;终端系统利用激光扫描模块采集的环境平面点云信息来构建周围环境地图;生命探测模块检测环境中的生命特征,当检测到生命时,将电信号反馈给微处理单元,微处理单元控制远程报警模块进行报警;定位系统向终端系统提供行走模块在所处环境中的实时坐标信息并记录历史运动轨迹。所述的无线模块的最大通讯距离为150米,支持UART协议数据传输模式,高达1M缓存空间,最高支持波特率460800bps。所述的生命探测模块的红外辐射范围为3~50μm。所述激光扫描模块具有360度的扫描区域,有效测距为5~8米,距离和角度分辨率分别为10~15毫米和0.5~1度。所述定位基站模块定位精度达10~15厘米,射频带宽为2~3GHz。所述定位标签模块标签的更新速率为1~10Hz,标签中心频率为6~7GHz。所述无线模块、无线数据传输模块及无线通信模块结构相同。在本专利技术中,激光扫描模块的运用一方面使机器人在恶劣环境中能够自主进行生命检测,而不需要人的远程操控;另一方面构建的环境地图能够在没有人员进入的情况下展现室内环境信息,有利于救援策略的制定,降低了救援的难度。定位系统的运用不仅提供了检测到的待救人员在环境中的坐标信息,还记录了机器人的历史探测轨迹,提高了伤员搜救工作效率的同时减少了高危环境下救援人员的伤亡。附图说明图1为本专利技术结构框图;图2为本专利技术移动系统结构框图;图3为本专利技术终端系统结构框图;图4为本专利技术定位系统结构框图;图5为本专利技术激光扫描模块与微处理单元通讯图;图6为本专利技术UWB信号定位流程图;图7为本专利技术自主定位测距原理图;图8为本专利技术激光扫描模块的地图构建流程图。具体实施方式为了便于理解,下面结合附图对本专利技术涉及的一种自主定位与地图构建的智能生命探测机器人的实施方式作进一步阐明。下面结合附图对本专利技术的结构、工作原理及工作过程进行详细说明:图1为本专利技术结构框图。参阅图1,本专利技术包括移动系统1、终端系统2、定位系统3三大系统,移动系统1通过无线连接实现与终端系统2、定位系统3的双向信息交互,定位系统3通过无线连接向终端系统2单向传输数据。图2为本专利技术移动系统结构框图。参阅图2,移动系统1由生命探测模块11、远程报警模块12、激光扫描模块13、行走模块14、微处理单元15、定位标签模块16、无线模块17组成。其中,所述激光扫描模块13包括激光扫描电机模块131和激光扫描逻辑模块132;所述的行走模块由小车141、驱动小车的直流电机142以及电机驱动模块143组成,电机驱动模块143和直流电机142通过有线连接,并安装在小车141上;所述的定位标签模块16由启动休眠模块161、调制模块162、UWB发射模块163组成。微处理单元15通过控制行走模块14中的电机驱动模块143来控制直流电机142的转速,从而实现智能小车的运动转向,在行进的过程中激光扫描模块13实时对前方障碍物进行数据采集并返回微处理单元15,微处理单元15通过返回信号判断前方障碍物的位置,并驱动直流电机142进行避障动作,实现机器人的自主生命探测。由于激光扫描模块13所采集的数据是点集,通过无线模块17传送给终端系统2后,再经过滤波除去杂点后进行特征提取,用来构建智能小车周围的环境地图。与此同时,定位系统3对正在监控的定位标签模块16进行确定,并将获取到的定位标签模块16的方位信息发送到终端系统2,从而在终端系统2的环境地图坐标系统中能够实时显示定位标签模块16的位置信息。当生命探测模块11探测到生命体时,微处理单元15将控制远程报警模块12发出警报,并通过无线模块17将警报发送给终端系统2。终端系统2的环境地图上将显示探测到的生命体的位置坐标以及智能小车的历史运动轨迹记录。移动系统1在电路设计上主要采用集成电路来完成,特别是微处理单元15的主控芯片是采用基于Arduino平台的AtmelAtmega328单片机。主控芯本文档来自技高网...
自主定位与地图构建的智能生命探测机器人

【技术保护点】
一种自主定位与地图构建的智能生命探测机器人,其特征在于它包括:移动系统、终端系统及定位系统,移动系统通过无线连接实现与终端系统、定位系统的双向信息交互,定位系统通过无线连接向终端系统单向传输数据;其中,所述的移动系统包括行走模块、微处理单元、生命探测模块、远程报警模块、激光扫描模块、无线模块和定位标签模块;所述的终端系统包括主控单元和无线通信模块;所述的定位系统包括定位基站模块和无线数据传输模块;其中:所述移动系统的行走模块由小车、驱动小车的直流电机以及电机驱动模块组成,电机驱动模块和直流电机通过有线连接,并安装在小车上;所述移动系统的定位标签模块由启动休眠模块、调制模块、UWB发射模块组成,启动休眠模块、调制模块、UWB发射模块通过有线电路集成;启动休眠模块与调制模块连接,调制模块与UWB发射模块连接;所述移动系统的激光扫描模块包括激光扫描电机模块和激光扫描逻辑模块;激光扫描电机模块和激光扫描逻辑模块通过有线连接;所述定位系统的定位基站模块包括UWB接收模块和解调模块,UWB接收模块与解调模块通过有线电路集成,定位基站模块与无线数据传输模块有线连接;所述终端系统的主控单元与无线通信模块有线连接;所述的行走模块、生命探测模块、远程报警模块、无线模块、定位标签模块、激光扫描模块与微处理单元通过有线连接,实现信息交互;所述的移动系统的定位标签模块通过内置的UWB发射模块向定位系统的定位基站模块发送UWB信号,定位基站模块再通过无线数据传输模块实现与主控单元的信息交互;终端系统的主控单元通过无线通信模块将处理完的信息发送给移动系统的微处理单元,实现对移动系统的控制;其中:激光扫描模块通过激光扫描来产生所在空间的平面点云地图信息并判断与周围障碍物的距离和位置;微处理单元利用激光扫描模块采集的距离和位置信息来控制行走模块实现自主行走;终端系统利用激光扫描模块采集的环境平面点云信息来构建周围环境地图;生命探测模块检测环境中的生命特征,当检测到生命时,将电信号反馈给微处理单元,微处理单元控制远程报警模块进行报警;定位系统向终端系统提供行走模块在所处环境中的实时坐标信息并记录历史运动轨迹。...

【技术特征摘要】
1.一种自主定位与地图构建的智能生命探测机器人,其特征在于它包括:移动系统、终端系统及定位系统,移动系统通过无线连接实现与终端系统、定位系统的双向信息交互,定位系统通过无线连接向终端系统单向传输数据;其中,所述的移动系统包括行走模块、微处理单元、生命探测模块、远程报警模块、激光扫描模块、无线模块和定位标签模块;所述的终端系统包括主控单元和无线通信模块;所述的定位系统包括定位基站模块和无线数据传输模块;其中:所述移动系统的行走模块由小车、驱动小车的直流电机以及电机驱动模块组成,电机驱动模块和直流电机通过有线连接,并安装在小车上;所述移动系统的定位标签模块由启动休眠模块、调制模块、UWB发射模块组成,启动休眠模块、调制模块、UWB发射模块通过有线电路集成;启动休眠模块与调制模块连接,调制模块与UWB发射模块连接;所述移动系统的激光扫描模块包括激光扫描电机模块和激光扫描逻辑模块;激光扫描电机模块和激光扫描逻辑模块通过有线连接;所述定位系统的定位基站模块包括UWB接收模块和解调模块,UWB接收模块与解调模块通过有线电路集成,定位基站模块与无线数据传输模块有线连接;所述终端系统的主控单元与无线通信模块有线连接;所述的行走模块、生命探测模块、远程报警模块、无线模块、定位标签模块、激光扫描模块与微处理单元通过有线连接,实现信息交互;所述的移动系统的定位标签模块通过内置的UWB发射模块向定位系统的定位基站模块发送UWB信号,定位基站模块再通过无线数据传输模块实现与主控单元的信息交互;终端系统的主控单元...

【专利技术属性】
技术研发人员:楼明明张雷董大南
申请(专利权)人:华东师范大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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