一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法技术

本发明专利技术涉及一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法，采用平面定位法实现侦察机器人和灭火机器人实时定位，从而快速获取各机器人相对主控台和辅助基站的相对位置，便于对机器人反推空间定位、控制和管理。采用编码器补偿和推算机理实现对机器人前后位置的大致估算和偏转角度计算。采用侦察机器人和灭火机器人配合作业，通过侦察机器人在前方获取火源等兴趣点的空间位置，而后进行空间坐标变换实现灭火机器人精准定点灭火。本发明专利技术可实现对灾害现场火源等危险源的全自动识别、定位和灭火机器人自动瞄准功能，从而提高现场处置速度，提高危险源处置效率，降低人员损伤和财产损失。

A Fully Automatic Cooperative Reconnaissance and Fire Extinguishing Operation Method for Fire Robot

【技术实现步骤摘要】
一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法
本专利技术属于消防机器人领域，具体涉及一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法。
技术介绍
消防机器人作为特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。目前携带消防水炮的机器人绝大多数需依赖后台消防人员远程操作，实现对水炮三维角度的调整，从而控制水炮打水的抛物线落在着火点上。但现场环境恶劣，浓烟密布，消防人员由于自身视野或环境影响，极可能出现无法瞄准的问题；即使消防人员发现并定位着火点，需遥控消防水炮进行打水定位，这中间需要较长的调试和定位耗时，对危急的恶劣环境和抢险现场来说非常不利。基于机器视觉技术的火点与射流落点相对位置调整的消防水炮角度控制方法是一种可以实现精确灭火的方法，但其主要用于悬挂式消防水炮，其视觉摄像机和消防水炮需要安装在建筑物的高处，使着火区域完全置于消防水炮和摄像机的视野之下。现有的智能消防机器人的视觉系统和消防水炮基本都安装在其本体上，难以获得足够的视野，难以实现火源和射流落点的精确定位，难以实现自动精确灭火。故如何实现在高危环境下对火源的快速定位、寻找、侦察和灭火是决定能否降低灾害现场人员伤亡和财产损失的关键。当前针对灾害现场进行灭火的机器人对火源寻找或定位的方案主要分为两类：1)无人机高空协助检测法该方式下，消防机器人工作前需将无人机飞至火焰上空测定高度，后将无人机自身GPS位置信息发送至消防机器人，从而确定无人机下火焰相对机器人空间位置关系，进而喷射灭火。典型的有专利号为201721688135.7的专利技术专利公布的“基于无人机和智能消防机器人的精确灭火系统”。2)机器人本体双目视觉定位法通过在消防机器人上安装双目视觉设备，实现对火焰空间位置的检测，从而控制水炮进行定点灭火。典型的有专利号为201520997745.X的专利公布的智能消防机器人。还有采用热成像仪在火源不同位置检测到的夹角，间接计算火源位置，例如申请号为201610089608.5的专利公布的“火灾现场火源定位方法、定位系统及消防机器人”等。目前针对消防机器人现场对火源定位的方式中均存在弊端：1)对于无人机高空协助检测法，存在如下主要问题：①无人机需飞至火焰上方，实际中这对设备危害性极大；②无人机的定位精度取决于GPS定位精度，传统GPS精度无法满足需求，而差分GPS价格较贵导致系统成本过高；③当室内着火时，GPS定位系统无法工作，该方法失效。2)对于机器人本体上安装双目视觉设备的方案，由于消防机器人本体高度较低，当发射水柱时，对前方视线遮挡容易导致双目视觉定位失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法，解决恶劣灾害现场下火源等危险源的快速识别、机器人快速定位并利用消防水炮进行精准喷射灭火的难题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法，包括以下步骤：1)放置主控台，并将其空间位置定义为(0,0,z1)，其中z1高度可根据前期设计或现场快速测量；2)放置辅助基站，并将其空间位置定义为(x2,y2,z2)，其中x2,y2参数根据现场直接测量获得，z2的高度同样根据前期设计或现场快速测量；3)从相对主控台附近已知的位置布置侦察机器人和灭火机器人；4)第二控制模块下达侦察和灭火指令，侦察机器人和灭火机器人中的第一控制模块回应，此时第三控制模块也通过第三无线通讯模块给出应答；5)第一控制模块控制灭火机器人和侦察机器人中的移动平台前进，在此过程中编码器实时计算机器人左右轮偏转角度并反馈至第二控制模块；6)当灭火机器人和侦察机器人到达工作位置后，侦察机器人的第一控制模块控制侦察机器人工作：第一控制模块控制驱动参数采集模块工作并将现场环境参数回传，控制三维云台转动，从而带动双目立体相机对火源寻找，当确定火源位置后，双目立体相机通过第一控制模块和第一无线通讯模块将火源目标点相对侦察机器人的空间位置返回；7)在步骤6)进行的同时，第二控制模块通过第二无线通讯模块发出距离测算指令，此时辅助基站中的第三控制模块通过第三无线通讯模块响应；此外，各机器人中第一无线通讯模块也发出回应；8)同时，第一控制模块通过编码器计算出灭火机器人和侦察机器人的相对出发点偏转角度，根据平面解析法容易获得灭火机器人、侦察机器人、主控台和辅助基站间的相对位置；而后，根据火源相对侦察机器人的空间位置关系，从而获得灭火机器人相对火源等目标点的空间位置关系；9)第二控制模块计算灭火机器人偏转角度和水炮应喷射角度等数据后，将指令下达至灭火机器人，灭火机器人中的第一控制模块配合编码器检测偏转角度参数，驱动灭火机器人对准火源，而后根据第二控制模块控制水炮自动调整组件使消防水炮调整至合适角度进行定点喷射灭火。进一步的，所述步骤2)中，当对辅助基站的布放位置参数x2、y2不方便测量时，可通过如下方法获取：第二控制模块通过第二无线通讯模块发出距离测定指令，第三控制模块通过第三无线通讯模块进行应答，从而获得主控台和辅助基站之间的距离信息并以主控台和辅助基站的连线作为起始的坐标轴。进一步的，所述步骤6)在侦察机器人对火源侦察中，第一控制模块还应实时检测三维云台相对转动的角度，从而为双目立体相机获取的火源等目标点相对侦察机器人上移动平台的空间关系进行反推补偿。进一步的，所述步骤7)中，各机器人中第一无线通讯模块发出回应后，第二控制模块通过第二无线通讯模块计算通信信号从主控台到达灭火机器人和侦察机器人间的通讯时间，从而推算出主控台距离灭火机器人和侦察机器人的空间距离；第三控制模块通过第三无线通讯模块计算通信信号从辅助基站到达灭火机器人和侦察机器人间的通讯时间，从而推算出辅助基站距离灭火机器人和侦察机器人的空间距离。进一步的，消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法还包括侦察机器人和灭火机器人空间控制解析步骤：1)主控台测定到与灭火机器人的距离为L1，辅助基站测定到与灭火机器人的距离为L2，以主控台为圆心、L1为半径作圆，以辅助基站为圆心、L2为半径作圆，两圆交于空间A和A’点；2)主控台测定到与侦察机器人的空间距离为L3，辅助基站测定到与侦察机器人的空间距离为L4，以主控台为圆心、L3为半径作圆，以辅助基站为圆心、L4为半径作圆，两圆交于空间B和B’点；3)在布放主控台、辅助基站、侦察机器人和灭火机器人后，根据编码器返回的数据推算出机器人行走轨迹相对布放主控台、辅助基站的位置，从而将奇异点A’和B’排除，从而获得侦察机器人和灭火机器人相对主控台、辅助基站的平面位置关系；4)配合编码器返回的侦察机器人和灭火机器人偏转角度和双目立体相机获取的火源位置信息，从而获得侦察机器人和灭火机器人相对主控台、辅助基站和火源的三维空间几何关系，为后续空间关系推算和灭火提供依据。本专利技术具有以下有益效果：1)采用平面定位法，实现侦察机器人和灭火机器人实时定位，从而快速获取各机器人相对主控台和辅助基站的相对位置，便于对机器人反推空间定位、控制和管理。2)采用侦察机器人和灭火机器人配合作业，通过侦察机器人在前方获取火源等兴趣点的空间位置，而后进行空间坐标变换实现灭火机器人精准定点灭火，在识别火源等目标点时不受水炮水流等障碍物影响，大大提高侦察效率和火源等目标点的识本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法，其特征在于，包括以下步骤：1)放置主控台，并将其空间位置定义为(0,0,z1)，其中z1高度根据前期设计或现场快速测量；2)放置辅助基站，并将其空间位置定义为(x2,y2,z2)，其中x2,y2参数根据现场直接测量获得，z2的高度同样根据前期设计或现场快速测量；3)从相对主控台附近已知的位置布置侦察机器人和灭火机器人；4)主控台的第二控制模块下达侦察和灭火指令，侦察机器人和灭火机器人中的第一控制模块回应，此时辅助基站中的第三控制模块也通过第三无线通讯模块给出应答；5)第一控制模块分别控制灭火机器人和侦察机器人中的移动平台前进，在此过程中灭火机器人和侦察机器人中的编码器分别实时计算机器人左右轮偏转角度并反馈至第二控制模块；6)当灭火机器人和侦察机器人到达工作位置后，侦察机器人的第一控制模块控制侦察机器人工作：第一控制模块控制驱动侦察机器人的参数采集模块工作并将现场环境参数回传，控制侦察机器人的三维云台转动，从而带动双目立体相机对火源寻找，当确定火源位置后，双目立体相机通过侦察机器人的第一控制模块和第一无线通讯模块将火源目标点相对侦察机器人的空间位置返回；7)在步骤6)进行的同时，第二控制模块通过第二无线通讯模块发出距离测算指令，此时辅助基站中的第三控制模块通过第三无线通讯模块响应；此外，各机器人中第一无线通讯模块也发出回应；8)同时，第一控制模块通过编码器计算出灭火机器人和侦察机器人的相对出发点偏转角度，根据平面解析法容易获得灭火机器人、侦察机器人、主控台和辅助基站间的相对位置；而后，根据火源相对侦察机器人的空间位置关系，从而获得灭火机器人相对火源目标点的空间位置关系；9)第二控制模块计算灭火机器人偏转角度和水炮应喷射角度等数据后，将指令下达至灭火机器人，灭火机器人中的第一控制模块配合编码器检测偏转角度参数，驱动灭火机器人对准火源，而后根据第二控制模块控制水炮自动调整组件使消防水炮调整至合适角度进行定点喷射灭火。...

【技术特征摘要】
1.一种消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法，其特征在于，包括以下步骤：1)放置主控台，并将其空间位置定义为(0,0,z1)，其中z1高度根据前期设计或现场快速测量；2)放置辅助基站，并将其空间位置定义为(x2,y2,z2)，其中x2,y2参数根据现场直接测量获得，z2的高度同样根据前期设计或现场快速测量；3)从相对主控台附近已知的位置布置侦察机器人和灭火机器人；4)主控台的第二控制模块下达侦察和灭火指令，侦察机器人和灭火机器人中的第一控制模块回应，此时辅助基站中的第三控制模块也通过第三无线通讯模块给出应答；5)第一控制模块分别控制灭火机器人和侦察机器人中的移动平台前进，在此过程中灭火机器人和侦察机器人中的编码器分别实时计算机器人左右轮偏转角度并反馈至第二控制模块；6)当灭火机器人和侦察机器人到达工作位置后，侦察机器人的第一控制模块控制侦察机器人工作：第一控制模块控制驱动侦察机器人的参数采集模块工作并将现场环境参数回传，控制侦察机器人的三维云台转动，从而带动双目立体相机对火源寻找，当确定火源位置后，双目立体相机通过侦察机器人的第一控制模块和第一无线通讯模块将火源目标点相对侦察机器人的空间位置返回；7)在步骤6)进行的同时，第二控制模块通过第二无线通讯模块发出距离测算指令，此时辅助基站中的第三控制模块通过第三无线通讯模块响应；此外，各机器人中第一无线通讯模块也发出回应；8)同时，第一控制模块通过编码器计算出灭火机器人和侦察机器人的相对出发点偏转角度，根据平面解析法容易获得灭火机器人、侦察机器人、主控台和辅助基站间的相对位置；而后，根据火源相对侦察机器人的空间位置关系，从而获得灭火机器人相对火源目标点的空间位置关系；9)第二控制模块计算灭火机器人偏转角度和水炮应喷射角度等数据后，将指令下达至灭火机器人，灭火机器人中的第一控制模块配合编码器检测偏转角度参数，驱动灭火机器人对准火源，而后根据第二控制模块控制水炮自动调整组件使消防水炮调整至合适角度进行定点喷射灭火。2.如权利要求1所述的消防机器人全自动协同侦察和灭火作业方法，其特征在于，所述步骤2)中，当对辅助基站...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍明松，郭亭亭，刘文涛，李希彬，郑安，
申请(专利权)人：山东国兴智能科技股份有限公司，山东阿图机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37