多传感器融合的搜索救援机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多传感器融合的搜索救援机器人系统，包括本地机器人、远程网关、云端服务器、客户端，本地机器人通过远程网关连接到云端服务器中的可视化控制台，可视化控制台通信连接客户端；本地机器人包括Waffle_pi款机壳组及伺服电机组、电池组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头、SBC微型计算机、OpenCR控制器，SBC微型计算机与OpenCR控制器是主从关系，SBC微型计算机中的SBC主控模块无线连接远程网关。本系统利用云端大数据处理、云端决策与控制，达到智能一体化，让搜索救援任务更加安全稳定高效，更加实用化、便捷化，使得没有专业背景的人也能通过该系统完成搜索救援任务。

【技术实现步骤摘要】
多传感器融合的搜索救援机器人系统
本专利技术涉及智能机器人系统
，尤其涉及一种多传感器融合的搜索救援机器人系统。
技术介绍
从上世纪开始，搜索救援任务就有机器人的参与，1995年日本神户大地震中的搜索救援任务，标志着机器人首次参与人类救灾活动，在美国911恐怖袭击后的灾难救援任务中，救援机器人的成功参与救援任务，掀起了世界各国科研机构等对救援机器人的研究热潮。在近几十年，搜索救援机器人一直被作为重点研究对象。2011年3月21日，我国自主研制的废墟搜索与辅助救援机器人，在中国科学院沈阳自动化研究所成功实验运行，接受并且通过了国家地震应急搜救中心的全方面测试，已经被应用到了地震救援一线。并且成功研制出可变形搜救机器人、生命探测机器人、旋翼搜救无人机等一系列用于搜索救援的机器人设备。2013年4月四川雅安地震后，沈阳自动化研究所的一系列搜索救援机器人被运用到实战当中，开展灾区救援工作，有效地减少了人员的危险，极大地提高了搜索救援的效率。在911恐怖袭击后的搜索救援中，美国Fostermiller公司的研发的救援机器人TALON因为其功能的强大和稳定优异的表现成为学术业的榜样。这种机器人在光线不足时，也能进行作业。在遇到炸弹威胁时，TALON机器人能够通过控制多个机械臂协同运作，对可疑爆炸物进行拆除。美国iRobot公司研发的PackBot搜索救援机器人，可以随时调整运动方式，在爬楼和越过障碍情况下，具有较强的运动能力。该机器人拥有四个摄像头，能够远程传输控制，在夜晚运作。在一般环境下，轮履式和旋翼式机器人能够进行现场勘查搜救，而在废墟等场景下，普通机器人无法抵达救援地点时，可采用仿生机器人参与救援。而卡内基梅隆大学研究的蛇形仿生机器人，能在狭小废墟和洞穴等环境下完成任务。四足机器人，仍然是普遍仿生机器人的发展方向。在灾害频发国家日本，机器人早已投入实战运用，爬行者和Robocue都是日本警务厅研制的，可以远程控制的救援机器人，从2009年开始部署在东京消防局。Robocue由履带式机器人，和两个大型机械臂组成，目的是能够在灾难发生，人员无法进行移动时，使用机械臂将人体拉入传送带，送至机器人内部储存空间，将伤者携带到安全地带。在火灾、核泄漏等救援人员难以抵达的救援现场，该机器人能够高效安全的将伤者转送。MasatoshiHantano和ToshifumiFuji最近研制出一款能够碎石的搜救机器人，该机器人采用视觉处理算法SSD(SingleShotMultiBoxDetector)，SSD算法检测速度高，能迅速地通过模型计算，进行安全高效的碎石工作，让搜救工作更快更稳定地开展。当前，虽然国内外许多团体科研机构，研制出了各种功能的机器人，但这些机器人在实际搜索救援环境下，依然还存在着很多缺点。这些机器人对灾后复杂环境的感知、稳定的作业能力、通信能力还达不到要求，很多情况因为系统的不完善，需要人为的干预。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多传感器融合的搜索救援机器人系统，采用模块化的具有开放特点的分布式结构，通过云端操控数据处理，激光雷达成像处理，深度视觉图像处理，多传感器的融合，达到多种条件下，完成模拟搜索救援任务的效果。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为，一种多传感器融合的搜索救援机器人系统，包括本地机器人、远程网关、云端服务器、客户端，本地机器人无线通信连接远程网关，由远程网关连接到云端服务器中的可视化控制台，可视化控制台通信连接客户端；所述本地机器人包括Waffle_pi款机壳组及设置在其上的4台伺服电机组、电池组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头、SBC微型计算机、OpenCR控制器，电池组为4台伺服电机组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头、SBC微型计算机、OpenCR控制器分别供电，4台伺服电机组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头连接OpenCR控制器，OpenCR控制器连接SBC微型计算机，SBC微型计算机中的SBC主控模块无线连接远程网关。作为本专利技术的一种改进，所述SBC微型计算机中采用的是开源的ROS操作系统(RobotOperatingSystem)，ROS系统的核心内容在于其采用“订阅-发布”为形式，能将各种机器人所要处理的程序和问题，分类成“主题”，利用节点、消息、主题、服务这四种方式对机器人进行控制，以及对外进行数据交流。作为本专利技术的一种改进，所述SBC主控模块中设有BroadcomBCM芯片驱动的802.11AC无线模块，支持2.4Ghz/5Ghz双频WIFI信号，通过WIFI，在室内可以直接接入互联网，进行远程控制，在户外可连接移动信号，利用电信运营商的移动数据网络，使SBC微型计算机联网，所述SBC微型计算机采用ARMv7架构，采用型号为Raspberry3B(以下简称“树莓派3B”)的处理器。作为本专利技术的一种改进，所述Waffle_pi款机壳组为三层结构，4台伺服电机组、电池组设置在最下层，中间层为OpenCR控制器与SBC微型计算机，包含红外传感器、有害气体传感器，前段放置双目摄像头，顶层只放置激光雷达测距仪，能让激光雷达更精准地工作，避免自身影响导致误差的出现。作为本专利技术的一种改进，所述4台伺服电机组均采用ROBOTIS公司生产的DYNAMIXEL-X系列的XM430型伺服电机，该电机中内设有STM32微型单片机控制器；所述激光雷达测距仪采用型号为HLS-LFCD2的SLAM传感器，其内置有激光发射与接收装置以及设置在其尾部驱动该装置转动的电机，电机驱动该装置旋转并不断发出激光和采集反射的激光，采集到现场各个点到机器人之间的距离，再通过SLAM算法，绘制出现场的地图模型；所述红外传感器采用的是HC-SR501人体感应模块，能工作在4.5-20V直流电压环境下，通过高低电平的输出，来显示探测结果；所述有害气体传感器采用的是MQ-2气体传感器，用于包含苯、酒精、烷、氢气、液化气、烟雾在内的多种可燃气体的探测；所述双目摄像头具有720p分辨率。作为本专利技术的一种改进，所述可视化控制台基于Html语言与Javascript脚本，其后端采用Javascript与Python语言，前端采用了Layui项目的Html框架，包含了主控台、数据操控台、网络接口查看以及帮助部分，配合阿里云网络内容分发技术，可以让在任何地点的设备极快的连入可视化控制台，可视化控制台包含了视频影像功能，可超远距离低延迟地通过视频影像信息来操控机器人并也包含了有害气体的检测以及人体红外检测的可视化显示，能迅速获取救援现场的信息，有效保护了救援人员的安全。作为本专利技术的一种改进，当4台伺服电机组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头作为分布式模块同时工作时，每个分布式模块独立输出并生成各自的目标数据，并通过ROS系统的话题功能分别发送各自的数据包至云端服务器，由云端的可视化控制台对数据进行处理以实现多传感器数据的融合，由可视化控制台最后下发命令，返回本地ROS系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多传感器融合的搜索救援机器人系统，其特征在于：包括本地机器人、远程网关、云端服务器、客户端，本地机器人无线通信连接远程网关，由远程网关连接到云端服务器中的可视化控制台，可视化控制台通信连接客户端；所述本地机器人包括Waffle_pi款机壳组及设置在其上的4台伺服电机组、电池组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头、SBC微型计算机、OpenCR控制器，电池组为4台伺服电机组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头、SBC微型计算机、OpenCR控制器分别供电，4台伺服电机组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头连接OpenCR控制器，OpenCR控制器连接SBC微型计算机，SBC微型计算机中的SBC主控模块无线连接远程网关。/n

【技术特征摘要】
1.一种多传感器融合的搜索救援机器人系统，其特征在于：包括本地机器人、远程网关、云端服务器、客户端，本地机器人无线通信连接远程网关，由远程网关连接到云端服务器中的可视化控制台，可视化控制台通信连接客户端；所述本地机器人包括Waffle_pi款机壳组及设置在其上的4台伺服电机组、电池组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头、SBC微型计算机、OpenCR控制器，电池组为4台伺服电机组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头、SBC微型计算机、OpenCR控制器分别供电，4台伺服电机组、激光雷达测距仪、红外传感器、有害气体传感器、双目摄像头连接OpenCR控制器，OpenCR控制器连接SBC微型计算机，SBC微型计算机中的SBC主控模块无线连接远程网关。


2.如权利要求1所述的多传感器融合的搜索救援机器人系统，其特征在于，所述SBC微型计算机中采用的是开源的ROS操作系统，ROS系统的核心内容在于其采用“订阅-发布”为形式，能将各种机器人所要处理的程序和问题，分类成“主题”，利用节点、消息、主题、服务这四种方式对机器人进行控制，以及对外进行数据交流。


3.如权利要求2所述的多传感器融合的搜索救援机器人系统，其特征在于，所述SBC主控模块中设有BroadcomBCM芯片驱动的802.11AC无线模块，支持2.4Ghz/5Ghz双频WIFI信号，通过WIFI，在室内可以直接接入互联网，进行远程控制，在户外可连接移动信号，利用电信运营商的移动数据网络，使SBC微型计算机联网，所述SBC微型计算机采用ARMv7架构，采用型号为Raspberry3B的处理器。


4.如权利要求3所述的多传感器融合的搜索救援机器人系统，其特征在于，所述Waffle_pi款机壳组为三层结构，4台伺服电机组、电池组设置在最下层，中间层为OpenCR控制器与SBC微型计算机，包含红外传感器、有害气体传感器，前段放置双目摄像头，顶层只放置激光雷达测距仪，能让激光雷达更精准地工作，避免自身影响导致误差的出现。


5.如权利要求4所述的多传感器融合的搜索救援机器人系统，其特征在于，所述4台伺服电机组均采用ROBOTIS公司生产的DYNAMIXEL-X系列的XM430型伺服电机，该电机中内设有STM32微型单片机控制器；所述激光雷达测距仪采用型号为HLS-LFCD2的SLAM传感器，其内置有激光发射与接收装置以及设置在其尾部驱动该装置转动的电机，电机驱动该装置旋转并不断发出激光和采集反射的激光，采集到现场各个点到机器人之间的距离，再通过SLAM算法，绘制出现场的地图模型；所述红外传感器采用的是HC-SR501人体感应模块，能工作在4.5-20V直流电压环境下，通过高低电平的输出，来显示探测结果；所述有害气体传感器采用的是MQ-2气体传感器，用于包含苯、酒精、烷、氢气、液化气、烟雾在内的多种可燃气体的探测；所述双目摄像头具有720p分辨率。


6.如权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张曌，时新，陆俊陶，杨忠，董笑辰，薛世弟，张润天，王子轩，张吴燚，马冲，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32