一种消防救援机器人、救援协助系统及其通信方法技术方案

本发明专利技术公开了一种消防救援机器人、救援协助系统及其通信方法，该机器人包括：运动动力子系统，用于驱动消防救援机器人运动；识别定位子系统，用于利用双目摄像头采集室内火灾现场影像，然后根据立体视觉匹配进行火灾现场三维地图的绘制；安全探测子系统，用于将多种传感器探测得到的信息与识别定位子系统相结合，对现场有毒烟雾进行检测和对现场区域进行区域属性划分；路径导航子系统，用于在火灾现场利用优化的粒子群算法实时选出/更新出最优救援路径；第一信息处理子系统，用于采集或接收上述各个子系统发送的数据，进行运算处理后得出相应的处理结果数据。采用本发明专利技术，能够用于火灾现场救援，提高救援效率和减少不必要的伤亡。亡。亡。

【技术实现步骤摘要】
一种消防救援机器人、救援协助系统及其通信方法


[0001]本专利技术涉及火场救援和智能算法应用技术，尤其涉及一种消防救援机器人、救援协助系统及其通信方法。

技术介绍

[0002]我国每年在建建筑面积130多亿平米，高层建筑已达62万多栋，现有百米以上超高层6000余幢，年均增长率达8％，是世界年均增长率的2.5倍，已连续九年成为世界上拥有200米以上摩天大楼数量最多的国家。
[0003]据应急管理部统计，2019年全国共接报火灾23.3万起，亡1335人。在火灾重点场所分布上，商业场所、宾馆饭店、学校、医院养老院等火灾数量均下降，高层建筑火灾数量却同比上涨10％，达到6974起，平均每天近20起。而相对于低楼层的火灾现场，高层建筑的火灾救援工作难点之一在于无法快速掌握火情、室内状况和危险源分布。
[0004]上述的火灾救援工作难点反映在技术层面，主要存在如下几点技术上难以克服的问题：
[0005]其一，无法应用现有的导航技术获得室内的地图信息。比如应用全球定位系统(GPS)或北斗导航系统(BDS)均不能在室内获得相应的卫星信号，因而不能将其与电子地图结合应用于室内定位和导航。
[0006]其二，对未知环境的危险因素预判不足，导致救援人员伤亡过高。当前火灾救援中对安全威胁最大的因素包括建筑物坍塌、现场存在爆炸物、有毒物质、爆燃等。而现有火灾现场救援工作中，对未知环境的危险因素进行提前探测的工作较少涉及。
[0007]其三，对地形的适应能力不足，对于复杂地形，无法很好的移动或跨越障碍。
[0008]现有消防救援技术多是研究如何替代人工进行现场救援的，很少研究救援人员进入火场的安全问题和实际救援效率的问题，而现阶段机器消防救援技术还不能实现完全替代人工救援。因而，研究一种救援协助系统作为消防人员进行火灾现场的救援辅助工具进行搜救，是较现实和合理的选择。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种消防救援机器人、救援协助系统及其通信方法，采用双目机器人进入救援现场进行数据采集和探测，利用救援协助系统进行三维图像重建，将生成的现场立体地图或/和被困人员的定位信息反馈给救灾人员；并能够对现场进行分区标定出安全区域和危险区域，在地图上为救灾人员规划出安全救援路线及提供导航功能，从而实现现场救援的全套技术支持，避免搜救工作中人为失误及对现场情况缺乏了解而造成的不必要伤亡。
[0010]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种消防救援机器人，包括运动动力子系统、识别定位子系统、第一信息处理子系统、第一无线通信子系统、安全探测子系统和路径导航子系统；
[0012]运动动力子系统，用于驱动消防救援机器人运动；
[0013]识别定位子系统，用于利用双目摄像头采集室内火灾现场影像，并根据立体视觉匹配进行火灾现场三维地图的绘制；
[0014]安全探测子系统，用于将多种传感器探测得到的信息与识别定位子系统相结合，对火灾现场有毒烟雾进行检测和对现场区域进行区域属性划分；
[0015]路径导航子系统，用于在火灾现场通过第一无线通信子系统与火场外的救援协助系统的服务器B进行通信，利用优化的粒子群算法实时选出/更新出最优救援路径；
[0016]第一信息处理子系统，用于采集或接收上述各个子系统发送的数据，进行运算处理后得出相应的处理结果数据。
[0017]进一步，还包括控制本体，第一信息处理子系统、无线通信子系统和路径导航子系统均设置在控制本体内。
[0018]进一步，运动动力子系统设置在控制本体两侧，其包括履带、设置在履带内的主动轮和从动轮、设置在主动轮上通过连杆结构连接的辅助轮；辅助轮包括第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮、以及连接上述三个滚轮的连接板，第一滚轮、第二滚轮和第三滚轮的圆心连线成形成正三角形，在连接板上对应正三角形中心位置处设置有辅助驱动轴，辅助驱动轴与连杆结构连接，第一滚轮的直径大于第二滚轮的直径和第三滚轮的直径，第二滚轮的直径大于第三滚轮的直径。
[0019]进一步，识别定位子系统包括设置在控制本体上的线控盒，双目摄像头设置在线控盒的上方。
[0020]进一步，控制本体前方设置有传感器组件，传感器组件包括电机、利用电机控制的旋转伸缩杆、设置在旋转伸缩杆上方的传感器台，传感器台为六面体结构，其每一个面上均设置有传感器，传感器包括红外传感器、超声波探测传感器、烟雾传感器。
[0021]进一步，控制本体上设置有用于存放救援物品的救援箱，救援箱为抽屉形结构；救援箱上设置有可电动翻转的视频组件，视频组件内置有喇叭和语音通话系统。
[0022]进一步，识别定位子系统，还用于利用红外线传感器、超声波探测传感器配合双目摄像头摄录影像的方式对火灾现场进行生命探测、物体识别及进行定位。
[0023]进一步，识别定位子系统还包括设置在控制本体内的硬件或软件视频压缩编码模块，用于对经双目摄像头摄录影像在上传到服务器B之前进行视频压缩编码处理。
[0024]进一步，识别定位子系统还包括设置在线控盒侧面的长波长的可见光照明光源，可见光照明光源有两个，分别设置在线控盒的两侧。
[0025]进一步，安全探测子系统将火灾现场区域依据危险程度不同，划分为有毒烟雾/可燃气体区、着火核心区、安全通过区和危险叠加区。
[0026]本专利技术还提供一种包含消防救援机器人的救援协助系统，还包括服务器B，用于接收消防救援机器人A发来的视频压缩编码数据进行火灾现场三维电子地图的绘制，还用于接收消防救援机器人A反馈的探测/检测结果执行优化的粒子群算法选出当前最优救援路径。
[0027]其中，服务器B，还包括第二无线通信子系统，用于通过4G/5G通信网络与第一无线通信子系统进行数据通信。
[0028]还包括救援信息显示终端C，用于接收并显示服务器B下发的火灾现场三维电子地
图、火灾现场探测/检测结果数据和区域属性标示信息以及最优救援路径信息。
[0029]一种救援协助系统的通信方法，包括如下步骤：
[0030]利用消防救援机器人A采集火灾现场影像，经视频压缩处理后发送到服务器B进行三维地图的绘制；
[0031]利用消防机器人A自带的红外传感器、超声波传感器探测室内火灾现场被困人员的位置和根据危险程度标示不同的区域属性信息，并发送到服务器B；
[0032]服务器B利用多个消防救援机器人A搜索和反馈的信息，利用优化的粒子群算法选出当前最优救援路径，将最优救援路径信息反馈到消防救援机器人A；
[0033]服务器B将上述生成的三维地图、火灾现场探测/检测结果和区域属性标示信息、最优救援路径信息下发到救援信息显示终端C。
[0034]较佳地，还包括：
[0035]由服务器端收集多个机器人A探测的多传感器信息，经过PSO优化救援路径，再由服务器B端通信系统将更新或调整后的最优救援路径信息下发到救援信息显示终端C。。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消防救援机器人，其特征在于，包括运动动力子系统、识别定位子系统、第一信息处理子系统、第一无线通信子系统、安全探测子系统和路径导航子系统；所述运动动力子系统，用于驱动消防救援机器人A进行运动；所述识别定位子系统，用于利用双目摄像头采集室内火灾现场影像，并根据立体视觉匹配进行火灾现场三维地图的绘制；所述安全探测子系统，用于将多种传感器探测得到的信息与识别定位子系统相结合，对火灾现场有毒烟雾进行检测和对现场区域进行区域属性划分；所述路径导航子系统，用于在火灾现场通过第一无线通信子系统与火场外的救援协助系统的服务器B进行通信，利用优化的粒子群算法实时选出/更新出最优救援路径；所述第一信息处理子系统，用于采集或接收上述各个子系统发送的数据，进行运算处理后得出相应的处理结果数据。2.根据权利要求1所述的消防救援机器人，其特征在于：所述消防救援机器人还包括控制本体，所述第一信息处理子系统、所述无线通信子系统和所述路径导航子系统均设置在所述控制本体内；所述识别定位子系统包括设置在所述控制本体上的线控盒，所述双目摄像头设置在线控盒的上方；所述控制本体上设置有用于存放救援物品的救援箱，所述救援箱为抽屉形结构；所述救援箱上设置有可电动翻转的视频组件，所述视频组件内置有喇叭和语音通话系统。3.根据权利要求2所述的消防救援机器人，其特征在于，所述识别定位子系统还包括设置在所述控制本体内的硬件或软件视频压缩编码模块，用于对经所述双目摄像头摄录影像在上传到服务器B之前进行视频压缩编码处理；所述识别定位子系统包括设置在所述线控盒侧面的长波长的可见光照明光源，所述可见光照明光源有两个，分别设置在所述线控盒的两侧。4.根据权利要求3所述的消防救援机器人，其特征在于：所述运动动力子系统设置在所述控制本体两侧，其包括履带、设置在所述履带内的主动轮和从动轮、设置在所述主动轮上通过连杆结构连接的辅助轮；所述辅助轮包括第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮、以及连接上述三个滚轮的连接板，所述第一滚轮、所述第二滚轮和所述第三滚轮的圆心连线成形成正三角形，在所述连接板上对应正三角形中心位置处设置有辅助驱动轴，所述辅助驱动轴与所述连杆结构连接，所述第一滚轮的直径大于所述第二滚轮的直径和所述第三滚轮的直径，所述第二滚轮的直径大于所述第三滚轮的直径。5.根据权利要求4所述的消防救援...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启航，王晨，李云昊，付丁一，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：