复杂环境下全自主消防机器人作业系统及工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种复杂环境下全自主消防机器人作业系统及其工作方法，至少包括一台消防机器人，所述消防机器人包括：用于带动消防机器人行走的移动平台，安装于移动平台上的作业模块、传感模块、控制模块、通讯模块、能源模块。当单台消防机器人独立作业时，实现全自主地图构建、侦察和灭火功能；当多台消防机器人协同作业时，第一台消防机器人将自身构建的地图通过无线分享至剩余消防机器人，剩余消防机器人根据自身部分地图构建匹配识别技术实现自身位置的定位，同时实现协同侦察和灭火功能，大大提高了机器人协同作战能力，有利于提高灾害现场救援效率。且不需要人工近距离操控，提高消防灭火的安全性。

【技术实现步骤摘要】
复杂环境下全自主消防机器人作业系统及工作方法
本专利技术属于消防机器人
，具体涉及一种复杂环境下全自主消防机器人作业系统及工作方法。
技术介绍
消防机器人作为特种机器人的一种，在侦察、灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。现场指挥人员可以利用其进行先期压制，并根据其反馈结果，及时对灾情做出科学判断，从而对灾害事故现场工作做出正确、合理地决策。目前国内外投入使用的消防机器人一般由带动力的全地形底盘作为行驶与载重基体，在其之上装载灭火设备、洗消设备、排烟设备、照明设备、侦查设备等进行各种特种救援作业，以及装载数据采集、处理、反馈设备进行现场数据反馈，所有设备的控制及传输均通过无线传输进行，消防机器人的应用显著提高了处理恶性事故的能力并大大减少了人员的伤亡。现有消防机器人多处于半自动化状态，需要依赖人工远程遥控。多台机器人进入灾害现场侦察灭火和救援时需要不同工作人员分别控制作业。例如申请号为CN201821656812.1的专利公开了适用于地铁援救的模块化消防灭火机器人，包括机器人本体和远程控制终端，使用机器人本体和远程控制终端实现无线通信，最终实现消防官兵在远距离外进行消防侦查和灭火工作。申请号为CN201721504560.6的专利公开了一种消防排烟灭火机器人控制系统，机器人本体采用柴油内燃机作为动力源，机器人本体控制箱通过无线方式接收远程控制箱发出的控制命令来控制机器人的各种动作，接收各种传感器信号传送至远程控制箱显示，实时监控设备运行状态。对于协同侦察灭火的机器人方法，目前主要为室外GPS定位法或室内通过信标基站定位方法，典型的方案有申请号为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”。旋翼无人机利用GPS、激光测距传感器、航姿传感器、机载云台和图像处理技术对火点和射流落点依次进行精确定位，智能消防机器人根据定位信息不断调整消防水炮的航向角和俯仰角，从而使射流落点精确覆盖火点区域，形成闭环精确灭火。相类似的案例还有申请号为201910485359.5的复杂环境下消防机器人协同定位与自主作业方法，申请号为201910485349.1的一种无人机与消防机器人协同侦察灭火作业方法等。一方面，火灾现场的环境和地形都比较复杂，需越过或躲避较多地面甚至空中的障碍物，目前现在有的机器人多采用半自动化的无线遥控方式，需要人工通过控制台在距离百米外，配合前端摄像机或避障传感器对机器人车体前方障碍物进行观测并操纵机器人，当前方出现浓雾时，该方法极易因机器人碰撞至前端障碍物造成机器人损伤。由于需要近距离人工遥控，当机器人面临爆炸性或有毒气体环境时会威胁到操作人员，采用半自动化人工遥控的灭火机器人方案并不适用。另一方面，当现场需求多台消防机器人同时作业时，需工作人员分别遥控机器人各自独立作业，机器人与机器人之间、机器人与现场环境之间易产生耦合干扰，即对于某台机器人来讲，另外的机器人和周围障碍物均为干扰该台机器人正常作业的因素。而采用GPS定位的方法仅适用于室外开阔环境，室内环境并不适用。采用无人机辅助定位的方法同样存在对现场环境要求高的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种复杂环境下全自主消防机器人作业系统，采用防爆激光雷达和避障传感器组合，实现对现场的环境建模、运动避障和路径规划，配合传感器实现对火源的自动追踪，利用消防水炮完成全自主智能侦察和灭火。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：复杂环境下全自主消防机器人作业系统，至少包括一台消防机器人，所述消防机器人包括：用于带动消防机器人行走的移动平台，安装于移动平台上的作业模块、传感模块、控制模块、通讯模块、能源模块；所述移动平台、作业模块、传感模块、通讯模块、能源模块均与控制模块连接；具体地，所述移动平台包括车体，设置于车体内部的动力驱动机构，设置于车体两侧且与动力驱动机构连接的行走机构；所述作业模块包括设置于车体上方的消防水炮以及红外热成像仪，红外热成像仪用于识别和追踪火源；所述传感模块包括设置于车体上的避障传感器、激光雷达、探测传感器，避障传感器用于识别机器人前方障碍物，配合算法实现避障；激光雷达用于扫描消防机器人前方地形进而实现图像建模；探测传感器用于现场环境参数的检测；所述控制模块用于实现对消防机器人的信息融合、指令解析和编码、运动控制和作业；所述通讯模块用于实现消防机器人接受外部指令和发送采集的参数；所述能源模块用于为消防机器人提供运动和作业的电能；控制模块、通讯模块、能源模块均设置于车体的内部。进一步地，所述动力驱动机构包括用于提供动力的驱动电机，用于对驱动电机进行动力减速的减速箱组件，用于驱动驱动电机的驱动器；所述驱动器连接控制模块和能源模块，驱动器还连接驱动电机，驱动电机的输出端通过减速箱组件连接至行走机构，所述行走机构根据需要可以为悬挂履带式或轮式。更进一步地，为了提高火源全自动追踪能力，所述作业模块还包括云台模块，云台模块能进行角度调整，红外热成像仪设置于云台模块上。为了提高消防机器人对前方作业环境探测功能，提升作业时的安全性和工作效率，所述作业模块还包括第一摄像机；为提高机器人对现场周围作业环境探测功能，第一摄像机设置于云台模块上。更进一步地，所述云台模块为一维水平或垂向云台；为提高对环境全方位探测观测能力，云台模块还可以为二维云台，实现同步水平和垂向角度调整观测。更进一步地，为提高消防机器人对灭火时水流喷射情况的观察，所述消防水炮的上端设置有第二摄像机。进一步地，为提高对现场环境参数监测效果，所述探测传感器包括气体传感器和温湿度传感器。进一步地，当灾害现场温度较高，机器人靠近或需进入火灾爆炸等场所时，消防机器人还可设置喷淋降温模块，所述喷淋降温模块与控制模块连接，喷淋降温模块设置于车体上方中间处，喷淋降温模块的进水口连接消防水炮的水道。进一步地，为提高消防机器人在光线较暗环境的照明效果，所述消防机器人还包括灯光照明组件，灯光照明组件设置于车体的前端，所述灯光照明组件与控制模块连接。本专利技术的另一目的在于提供复杂环境下全自主消防机器人作业系统的工作方法，最先进入灾害现场的消防机器人采用激光雷达对环境建模和对自己定位，通过信息交互，实现对其它消防机器人的自主定位，实现多机协同交互作业，提高现场的侦察和灭火作业效率。复杂环境下全自主消防机器人作业系统的工作方法包括单台消防机器人进行侦察和灭火的方法以及多台消防机器人协同侦察和灭火的方法。所述单台消防机器人进行侦察和灭火的方法：当灾害现场需要一台机器人进入侦察和灭火作业时，消防机器人自身充当地图构建、自主搜索、地图导航和作业的角色：1)机器人移动：工作人员发出指令，消防机器人的通讯模块接收指令后传输至控制模块，控制模块控制动力驱动机构驱动行走机构移动，带动机器人进入待作业指定地点；2)机器人位置环境建模地图构建：消防机器人在移动过程中，控制模块控制激光雷达工作，对消防机器人前方环境扫描搜索并构建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，至少包括一台消防机器人，所述消防机器人包括：用于带动消防机器人行走的移动平台，安装于移动平台上的作业模块、传感模块、控制模块、通讯模块、能源模块；所述移动平台、作业模块、传感模块、通讯模块、能源模块均与控制模块连接；/n所述移动平台包括车体，设置于车体内部的动力驱动机构，设置于车体两侧且与动力驱动机构连接的行走机构；/n所述作业模块包括设置于车体上方的消防水炮以及红外热成像仪，红外热成像仪用于识别和追踪火源；/n所述传感模块包括设置于车体上的避障传感器、激光雷达、探测传感器，避障传感器用于识别机器人前方障碍物，配合算法实现避障；激光雷达用于扫描消防机器人前方地形进而实现图像建模；探测传感器用于现场环境参数的检测；/n所述控制模块用于实现对消防机器人的信息融合、指令解析和编码、运动控制和作业；/n所述通讯模块用于实现消防机器人接受外部指令和发送采集的参数；/n所述能源模块用于为消防机器人提供运动和作业的电能。/n

【技术特征摘要】
1.复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，至少包括一台消防机器人，所述消防机器人包括：用于带动消防机器人行走的移动平台，安装于移动平台上的作业模块、传感模块、控制模块、通讯模块、能源模块；所述移动平台、作业模块、传感模块、通讯模块、能源模块均与控制模块连接；
所述移动平台包括车体，设置于车体内部的动力驱动机构，设置于车体两侧且与动力驱动机构连接的行走机构；
所述作业模块包括设置于车体上方的消防水炮以及红外热成像仪，红外热成像仪用于识别和追踪火源；
所述传感模块包括设置于车体上的避障传感器、激光雷达、探测传感器，避障传感器用于识别机器人前方障碍物，配合算法实现避障；激光雷达用于扫描消防机器人前方地形进而实现图像建模；探测传感器用于现场环境参数的检测；
所述控制模块用于实现对消防机器人的信息融合、指令解析和编码、运动控制和作业；
所述通讯模块用于实现消防机器人接受外部指令和发送采集的参数；
所述能源模块用于为消防机器人提供运动和作业的电能。


2.如权利要求1所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，所述动力驱动机构包括用于提供动力的驱动电机，用于对驱动电机进行动力减速的减速箱组件，用于驱动驱动电机的驱动器；所述驱动器连接控制模块和能源模块，驱动器还连接驱动电机，驱动电机的输出端通过减速箱组件连接至行走机构，所述行走机构为悬挂履带式或轮式。


3.如权利要求1所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，所述作业模块还包括云台模块，云台模块能进行角度调整，红外热成像仪设置于云台模块上。


4.如权利要求3所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，所述作业模块还包括第一摄像机，第一摄像机设置于云台模块上。


5.如权利要求1所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，所述消防水炮的上端设置有第二摄像机。


6.如权利要求1所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，所述探测传感器包括气体传感器和温湿度传感器。


7.如权利要求1所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，所述消防机器人还包括喷淋降温模块，所述喷淋降温模块与控制模块连接，喷淋降温模块设置于车体上方中间处，喷淋降温模块的进水口连接消防水炮的水道。


8.如权利要求1所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统，其特征在于，所述消防机器人还包括灯光照明组件，灯光照明组件设置于车体的前端，所述灯光照明组件与控制模块连接。


9.如权利要求1-8任一所述的复杂环境下全自主消防机器人作业系统的工作方法，其特征在于，包括单台消防机器人进行侦察和灭火的方法以及多台消防机器人协同侦察和灭火的方法；
所述单台消防机器人进行侦察和灭火的方法包括以下步骤：
当灾害现场需要一台机器人进入侦察和灭火作业时，消防机器人自身充当地图构建、自主搜索、地图导航和作业的角色：
1)机器人移动：工作人员发出指令，消防机器人的通讯模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢北萍，鲍明松，郑安，姬增起，姚世伟，孙洪秀，贾卫国，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团应急预警与救援装备股份有限公司，山东国兴智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42