一种未知环境下的消防机器人自主灭火方法技术

本发明专利技术公开了一种未知环境下的消防机器人自主灭火方法，属于消防机器人技术领域。发布目标点位，机器人进行自主SLAM探索，火源识别与定向，发现火源火源后，记录机器人此时的位置与航向，获取火源预警、火源温度、火源在图像中的面积大小与中心坐标信息，并把预警信息发送到远程遥控终端；机器人继续行走一段设定距离后进行火源识别与定向，记录在新位置的机器人位置与航向信息，获取火源预警、火源温度、火源在图像中的面积大小与中心坐标信息，并通过三角定位法计算火源中心的位置坐标并将火源中心所在点的位置坐标发送到远程遥控终端。本发明专利技术使得消防机器人在未知环境中进行自主行走与越障，能实现自主火源寻找与灭火，具有良好的应用前景。良好的应用前景。良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种未知环境下的消防机器人自主灭火方法


[0001]本专利技术涉及消防机器人
，具体是一种未知环境下的消防机器人自主灭火方法。

技术介绍

[0002]在一些火场灭火的场景中，出动消防员去进行灭火都存在一定的危险性，一旦火情复杂很容易带来一些意想不到的人员伤亡。特别是在一些化工园区与煤炭生产场合等，由于可能存在危险气体或化学物品的泄露或爆炸风险，消防人员接触或暴露在这种环境中都会威胁到他们的身体健康与人身安全。开发能辅助或部分替代消防人员进行消防灭火工作的消防灭火机器人，能有效减少消防队员的伤亡并辅助消防队员进行灭火与火灾救援。
[0003]目前国内外已开发了一些消防机器人产品，包括国内JZX
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GL/A消防侦察机器人、JMX
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LT50型消防灭火机器人以及国外WALK
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MAN人形消防机器人、Bear救援机器人等，都已在消防救援中得到实际应用。但是，这些现有的消防机器人大多采用遥控方式，无论是在行走或火源寻找、灭火过程均过于依赖远程遥控人员的操作水平。
[0004]公布号为CN 107224692 A的专利文献公开了一种轮式消防机器人自主瞄准灭火方法。其包括通过视频火焰检测确定火源的重心，测量火源重心与机器人夹角，消防机器人任意移动一段距离，再次测量消防机器人与火源重心夹角，升高云台一定到一定高度再次测量重心与机器人夹角，根据三角函数计算出火源重心在三维空间的位置，通过综合控制移动消防机器人、消防炮的初速度和流量，使火源重心位于消防炮水射流的轨迹上达到精准灭火的效果。所述消防机器人自主灭火系统包括滑移转向移动平台、CCD相机、可升降云台系统、消防炮和控制系统。该专利技术通过自主瞄准火源、对消防炮落点进行控制实现自主灭火功能。但是，该专利技术是一种已知火源点的自主瞄准方法，其无法进行火源识别，从而无法实现在化工园区与煤炭生产场合等未知环境下自主探测、识别火源、定位火源并自主灭火，未能解决上述技术问题。
[0005]公布号为CN 105944270 A的专利文献公开了一种自主瞄准火源喷水灭火方法、灭火系统及消防机器人，所述灭火方法包括测得消防机器人在起始位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹角、消防机器人在终点位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹角以及消防机器人移动的距离，根据三角函数计算出消防机器人在起在终点位置时与火源的距离，根据火源距离与水炮仰角的关系式计算出水炮仰角，消防机器人根据计算出的火源距离和水炮仰角进行发炮灭火，所述灭火系统包括热成像仪、云台系统、底盘伺服系统、伺服电控型消防水炮、电子水压计和控制系统，所述消防机器人包括所述灭火系统。该专利技术通过自行瞄准火源并配水灭火实现了自主灭火功能。但是，一方面，该专利技术同样是在已知火源点的情况下进行自主瞄准，另一方面，该专利技术仅采用热成像仪对火源位置进行检测，无法准确识别火源，从而也无法解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术针对现有技术的不足，提供的一种能够自主寻找火源、定位并灭火的未知环境下的消防机器人自主灭火方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种未知环境下的消防机器人自主灭火方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：向消防机器人发布一个目标灭火位置；
[0009]步骤2：消防机器人自主SLAM探索，并进行火源识别与定位；
[0010]步骤3：消防机器人发现火源并定位火源后，记录消防机器人当前位置与航向，获取火源预警、火源温度、火源在图像中的面积大小与中心坐标信息，并把预警信息发送到远程遥控终端；
[0011]步骤4：消防机器人继续行走一段设定距离后，再次进行火源识别与定向，并记录再次发现火源时的消防机器人位置与航向信息，获取火源预警、火源温度、火源在图像中的面积大小与中心坐标信息，通过三角定位法计算火源中心所在点的位置坐标，并将火源中心所在点的位置坐标发送到远程遥控终端；
[0012]步骤5：利用三角定位法估算火源与消防机器人的距离，并判断火源与消防机器人的距离是否小于水炮射程；
[0013]步骤6：若是，打开水炮供水，进行灭火，若否，转至步骤1，提示遥控操作人员重新发布目标灭火位置。
[0014]进一步的，基于室外激光雷达、高精度GPS定位系统与SLAM技术建立消防机器人动态导航与自主避障功能，使其能在未知环境中实现自主行走与避障。
[0015]进一步的，三光复合火源探测传感器搭载可见光、红外光与红外热成像三种摄像头，在火源识别的过程中，三个摄像头同时获取图像，对可见光与红外光摄像头的图像进行识别与处理，并结合红外热成像图像的处理技术实现火源识别与判定。
[0016]进一步的，火源识别与定位的方法，包括以下步骤：
[0017]S1：控制水炮左右转动并带动其搭载的火源探测摄像头同步转动，使得三光复合火源探测传感器能够在消防机器人正前方180
°
范围内进行火源探测；
[0018]S2：三光复合火源探测传感器在同步得到三个摄像头不同图像的基础上，首先对可见光摄像头得到的RGB彩色图像与红外光摄像头得到的红外光谱彩色图像进行对比，当在两种图像上发现同时满足可见光对应的火源特征模板与红外光对应的火源特征模板的匹配要求时，初步判断该区域为疑似火源区域，并进行定位此区域；
[0019]S3：针对疑似火源区域进一步根据设定的温度阈值对同时刻的红外热像图进行判断，此区域的平均温度达到或超过设定温度阈值则判定其为火源区域；
[0020]S4：停止水炮转动并给出火源警报信息；
[0021]S5：通过图像切割从红外热像图中分割出高温区域，提取出该区域的边界进行像素点计算，得到火源区域的像素点面积特征与中心位置；
[0022]S6：使水炮指向火源区域中心位置，通过水炮反馈的位置信息和机器人实时航向信息来确定火源方向。
[0023]进一步的，火源与消防机器人的距离估算方法：
[0024]假设火源中心位置用点F(X
f
,Y
f
)表示，机器人首先在点A(X
a
,Y
a
)位置对火源识别
并确定火源方向，然后在点B(X
b
,Y
b
)位置再次进行火源识别和定向，以此构造一个定位三角形；其中，点A和点B在全局地图中的坐标已知，角度θ为线段AB与Y轴的夹角，从而能够确定线段AB的长度l和θ的值，可表示为
[0025][0026][0027]首先获得GPS定位系统来得到消防机器人航向角与水炮反馈的炮管相对于消防机器人航向的转角，由此两个角度可计算出机器人分别在点A和点B位置时炮管与Y轴之间的夹角θ
a
和θ
b
的值，进一步可计算出
△
ABF中的三个内角∠A、∠B与∠F，如式(3)～(5)所示：
[0028][0029]∠A＝θ
a...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种未知环境下的消防机器人自主灭火方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向消防机器人发布一个目标灭火位置；步骤2：消防机器人自主SLAM探索，并进行火源识别与定位；步骤3：消防机器人发现火源并定位火源后，记录消防机器人当前位置与航向，获取火源预警、火源温度、火源在图像中的面积大小与中心坐标信息，并把预警信息发送到远程遥控终端；步骤4：消防机器人继续行走一段设定距离后，再次进行火源识别与定向，并记录再次发现火源时的消防机器人位置与航向信息，获取火源预警、火源温度、火源在图像中的面积大小与中心坐标信息，通过三角定位法计算火源中心所在点的位置坐标，并将火源中心所在点的位置坐标发送到远程遥控终端；步骤5：利用三角定位法估算火源与消防机器人的距离，并判断火源与消防机器人的距离是否小于水炮射程；步骤6：若是，打开水炮供水，进行灭火，若否，转至步骤1，提示遥控操作人员重新发布目标灭火位置。2.如权利要求1所述的未知环境下的消防机器人自主灭火方法，其特征在于：基于室外激光雷达、高精度GPS定位系统与SLAM技术建立消防机器人动态导航与自主避障功能，使其能在未知环境中实现自主行走与避障。3.如权利要求2所述的未知环境下的消防机器人自主灭火方法，其特征在于：三光复合火源探测传感器搭载可见光、红外光与红外热成像三种摄像头，在火源识别的过程中，三个摄像头同时获取图像，对可见光与红外光摄像头的图像进行识别与处理，并结合红外热成像图像的处理技术实现火源识别与判定。4.如权利要求3所述的未知环境下的消防机器人自主灭火方法，其特征在于：火源识别与定位的方法，包括以下步骤：S1：控制水炮左右转动并带动其搭载的火源探测摄像头同步转动，使得三光复合火源探测传感器能够在消防机器人正前方180
°
范围内进行火源探测；S2：三光复合火源探测传感器在同步得到三个摄像头不同图像的基础上，首先对可见光摄像头得到的RGB彩色图像与红外光摄像头得到的红外光谱彩色图像进行对比，当在两种图像上发现同时满足可见光对应的火源特征模板与红外光对应的火源特征模板的匹配要求时，初步判断该区域为疑似火源区域，并进行定位此区域；S3：针对疑似火源区域进一步根据设定的温度阈值对同时刻的红外热像图进行判断，此区域的平均温度达到或超过设定温度阈值则判定其为火源区域；S4：停止水炮转动并给出火源警报信息；S5：通过图像切割从红外热像图中分割出高温区域，提取出该区域的边界进行像素点计算，得到火源区域的像素点面积特征与中心位置；S6：使水炮指向火源区域中心位置，通过水炮反馈的位置信息和机器人实时航向信息来确定火源方向。5.如权利要求4所述的未知环境下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞，刘琦，顾保虎，戴慎超，袁文正，张克富，潘强辉，
申请(专利权)人：南阳中天防爆电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：