CN106371435A - 一种热源移动机器人、热源搜索系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热源移动机器人、热源搜索系统及方法，属于移动机器人领域，解决了现有技术中移动机器人通过智能搜索策略查找热源目标效率低、可靠性低的问题。移动机器人包括移动温度传感器和处理器，热源搜索系统包括固定温度传感器网络和移动机器人，热源搜索方法包括启动步骤、寻找热源步骤、确认热源步骤。移动机器人每移动一个步长，将移动温度信息与周围的多个固定温度信息进行滤波比较和最优估计计算，将与移动温度传感器相比温度变化率最大的固定传感器作为移动方向，最终寻找到热源的准确位置，并及时发出警报。本发明寻找热源位置准确，搜索效率高，可靠性高，用于防止灾害的发生和进一步扩大。

Description

一种热源移动机器人、热源搜索系统及方法

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，具体而言，涉及一种热源移动机器人、热源搜索系统及方法。

背景技术

目前，移动机器人从功能上划分，可以分为工业机器人和服务机器人。服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，是一种半自主或全自主工作的机器人，应用范围很广，主要从事监护、救援、保安、保养、修理、运输、清洗等工作。服务机器人可以感知环境，通过动态的决策和规划进行行为控制并执行任务。现行的防灾机器人是一种服务机器人，通过在机器人身上安装传感器，采用智能搜索策略达到查找目标的目的。花费时间长、耗费内存多，具有时间复杂度和空间复杂度，缺乏完备性，这种方法效率较低，且易受到环境因素的影响，导致传感器失灵，可靠性低。还有采用多个机器人并行实时更新机器人位置来寻找目标的方法，但是使用多个机器人并用搜索目标，需要考虑机器人的协作能力，增加复杂程度，浪费较多。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种热源移动机器人、热源搜索系统及方法，通过启动移动机器人、寻找热源位置、确定热源位置在需要监护的空间区域进行搜索，寻找到热源的准确位置并及时发出警报，防止灾害的发生和进一步扩大。

第一方面，本发明实施例提供了一种热源移动机器人，包括移动温度传感器和处理器；

所述移动温度传感器用于获取所述移动机器人当前所在位置的移动温度信息；

所述处理器用于获取所述移动机器人周围的固定温度传感器的固定温度信息，将所述移动温度信息与所述固定温度信息进行最优估计比较，并根据比较结果确定所述移动机器人的移动方向。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括移动组件，用于沿所述处理器所确定的移动方向，驱动上述移动机器人移动一个步长。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述处理器还用于，当所述固定温度信息超过阈值时，启动所述移动组件。

第二方面，本发明实施例还提供一种热源搜索系统，包括固定温度传感器网络和上述移动机器人。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述固定温度传感器网络包括网格式排布的固定温度传感器和监控器，各个所述固定温度传感器位于网格的顶角处，所述监控器用于监控各个固定温度传感器温度信息的变化。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述网格为矩形、三角形或六边形。

第三方面，本发明实施例还提供一种热源搜索方法，包括：

寻找热源步骤，将移动机器人中的移动温度传感器获取的移动温度信息，与固定温度传感器获取的固定温度信息进行最优估计比较，并使所述移动机器人向温度最高的固定温度传感器移动；

循环所述寻找热源步骤，直至所述移动温度信息与所述固定温度信息达到最优估计值，进行确认热源步骤；

确认热源步骤，当所述移动温度信息与某一固定温度传感器的固定温度信息之间的差值小于预设值时，确认该固定温度传感器处为热源。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，在所述寻找热源步骤之前，还包括：

启动步骤，当固定温度传感器网络感受到热源辐射的温度场和对流场引起温度大于阈值时，启动所述移动机器人，并进行所述寻找热源步骤。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，在所述确认热源步骤之后，还包括：

报警步骤，通过声、光或者数据消息的方式，发布报警信号。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第三种可能的实施方式，其中，所述最优估计比较，具体为：

所述移动机器人每移动一个步长，将移动温度信息与周围的多个固定温度信息进行数学平滑处理和比较，依据热源辐射的温度场和对流场信息，对周围固定温度传感器进行最优估计计算，将与移动温度传感器相比温度变化率最大的固定温度传感器作为移动方向。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的热源移动机器人、热源搜索系统及方法中，通过移动温度传感器信息和固定温度传感器信息的数学平滑处理比较结果确定移动机器人的移动方向，建立了基于获得最优估计值的热源寻找体系，以递推的方式从固定温度传感器网络中寻找到温度方差最小的热源位置，准确度高，具有完备性。该数学平滑处理方法不仅能进行最优值估计，而且在搜索环境遭到破坏时，可以抑制噪声，提升有效性。热源搜索系统中的固定温度传感器网络呈网格状分布，覆盖了空间面积，细化了寻找热源位置的范围，为移动机器人的移动步长和接下来的移动方向提供了参考。热源搜索方法包括启动步骤、寻找热源步骤、确定热源步骤和报警步骤，随着移动机器人动态地计算和比较，寻找最优的移动方向，确定热源的准确位置。不仅对静态的热源有效，对于动态热源，移动机器人也能依据固定传感器网络感受到的热源辐射场和对流场的粒子运动情况建立类似烟羽模型，确定热源位置。本发明寻找热源位置准确、搜索效率高、具有完备性，能够适应环境条件的变化，可靠性高，有利于防止灾害的发生和进一步扩大。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种热源搜素方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的热源搜索系统中，固定温度传感器网络网格划分示意图。

图示说明：图2表示实施例二中房间固定温度传感器网络网格划分示意图的一角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，移动机器人通过智能搜索策略查找热源目标存在效率低、可靠性低的问题，基于此，本发明实施例提供的一种热源移动机器人、热源搜索系统及方法，可以准确、可靠地寻找到搜索空间内热源的准确位置。

实施例一：

本发明实施例提供了一种热源移动机器人、热源搜索系统及方法。其中，移动机器人包括移动温度传感器和处理器。移动温度传感器用于获取移动机器人移动到当前所在位置的移动温度信息；处理器用于获取移动机器人周围的固定温度传感器的固定温度信息。当固定温度传感器获取的温度信息超过阈值时，处理器启动移动组件，移动机器人开始工作。将移动温度信息与固定温度信息进行最优估计比较，并根据比较结果确定移动机器人的移动方向。最优估计比较具体表现为：在搜索空间内，移动机器人每移动一个步长，将移动温度信息与周围的多个固定温度信息进行数学平滑处理和比较，依据热源辐射的温度场和对流场信息，对周围固定温度传感器进行最优估计计算，将与移动温度传感器相比温度变化率最大的固定温度传感器作为移动方向。移动机器人还包括移动组件，用于沿着处理器计算所确定的移动方向，驱动移动机器人移动一个步长。温度传感器可以是红外扫描，激光测温，热敏半导体等。数学平滑处理方法可以是卡尔曼滤波、高斯滤波或其它现代滤波器。

热源搜索系统包括移动机器人和固定温度传感器网络。固定温度传感器网络呈网格式排布，布满搜索空间，且各个固定温度传感器位于网格的顶角处。网格可以为矩形、三角形或六边形等包络几何体。

如图1所示，热源搜索方法，包括启动移动机器人步骤、寻找热源步骤、确认热源步骤和报警步骤。移动机器人在搜索空间内处于静止状态，固定温度传感器网络处于工作状态，若固定温度传感器获取的温度信息没有超过指定阈值时，移动机器人和固定传感器网络均保持当前状态。当固定温度传感器网络检测到热源辐射的温度场和对流场引起温度大于阈值时，通过交互作用启动移动机器人，处理器启动移动组件，移动机器人开始寻找热源工作。阈值的设定是根据所处的不同的温度环境人工设置的。寻找热源步骤中，移动机器人每移动一步，与网格周围的四个固定温度传感器进行信息交换，将移动温度传感器获取的移动温度信息与固定温度传感器获取的的固定温度信息进行最优估计比较，根据比较结果，移动机器人向温度最高的固定温度传感器移动。循环上述寻找热源步骤，直至移动温度信息与固定温度信息达到经过数学平滑处理所得到的最优估计值，进行确认热源步骤。在确认热源步骤中，当移动温度信息T_r与某一固定温度传感器的固定温度信息T_n之间的差值的绝对值小于预设值i时，确认该固定温度传感器处为热源。预设值是根据不同的操作环境人工输入的。首先应当根据固定温度传感器网络获取当前温度信息，若是室温环境，此时，预设值会很小，实际操作中可以根据具体情况设置为小于2个单位的任何数值；若是高温环境，实际操作中可以根据实际情况增大预设数值；若是低温环境，实际操作中可以根据实际情况减小预设数值。在确认热源步骤之后，通过声、光或者数据消息等方式，针对热源的准确位置发布报警信号。

针对动态的热源，固定温度传感器网络能够感受热源的移动变化，离热源距离越近，热源辐射场和对流场所引起的粒子运动越剧烈，离热源距离越远，热源辐射场和对流场所引起的粒子运动越不剧烈，模拟出热源的移动轨迹，建立类似用于恶臭气体检测的烟羽模型，根据此模型寻找到移动热源的准确位置。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，其不同点在于，本实施例在实施例一的基础上进行搜索热源工作。如图2所示，在需要搜索的房间内划分为多个网格，在构成每个网格的四个顶角上，将固定的温度传感器，有序安放，并按照顺时针顺序编码。房间面积为100m²，划分0.5m*0.5m为网格单元，移动机器人步长为0.05m。在室温环境下，当固定温度传感器网络感受到温度超过50℃时，通过交互作用启动移动机器人，移动机器人开始寻找热源。移动机器人在网格内探测网格，并与周围的四个固定温度传感器进行信息交换，具体是：移动机器人从编号为1的网格开始出发，经过动态的计算和比较，利用卡尔曼滤波计算最优估计值，规划未来的移动方向，抵达编号为8的网格，周围传感器编号为7，10，18，19；移动机器人的移动温度传感器温度信息为T_r，对T7，T10，T18，T19进行卡尔曼滤波和比较，计算最优估计值。当移动温度信息Tr与T7，T10，T18，T19中某一固定温度传感器的固定温度信息之间的差值的绝对值小于预设值i时，i值设置为1℃，确认该固定温度传感器处为热源最终位置。

本发明实施例所提供的热源移动机器人、热源搜索系统及方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热源移动机器人，其特征在于，所述移动机器人包括移动温度传感器和处理器；

所述移动温度传感器用于获取所述移动机器人当前所在位置的移动温度信息；

所述处理器用于获取所述移动机器人周围的固定温度传感器的固定温度信息，将所述移动温度信息与所述固定温度信息进行最优估计比较，并根据比较结果确定所述移动机器人的移动方向。

2.如权利要求1所述的热源移动机器人，其特征在于，还包括移动组件，用于沿所述处理器所确定的移动方向，驱动所述移动机器人移动一个步长。

3.如权利要求2所述的热源移动机器人，其特征在于，所述处理器还用于，当所述固定温度信息超过阈值时，启动所述移动组件。

4.一种热源搜索系统，其特征在于，包括固定温度传感器网络以及如权利要求1至3任一项所述的移动机器人。

5.如权利要求4所述的热源移动机器人，其特征在于，所述固定温度传感器网络包括网格式排布的固定温度传感器和监控器，各个所述固定温度传感器位于网格的顶角处，所述监控器用于监控各个固定温度传感器温度信息的变化。

6.如权利要求5所述的热源移动机器人，其特征在于，所述网格为矩形、三角形或六边形。

7.一种热源搜索方法，其特征在于，包括：

寻找热源步骤，将移动机器人中的移动温度传感器获取的移动温度信息，与固定温度传感器获取的固定温度信息进行最优估计比较，并使所述移动机器人向温度最高的固定温度传感器移动；

循环所述寻找热源步骤，直至所述移动温度信息与所述固定温度信息达到最优估计值，进行确认热源步骤；

确认热源步骤，当所述移动温度信息与某一固定温度传感器的固定温度信息之间的差值小于预设值时，确认该固定温度传感器处为热源。

8.如权利要求7所述的热源搜索方法，其特征在于，在所述寻找热源步骤之前，还包括：

启动步骤，当固定温度传感器网络感受到热源辐射的温度场和对流场引起温度大于阈值时，启动所述移动机器人，并进行所述寻找热源步骤。

9.如权利要求8所述的热源搜索方法，其特征在于，在所述确认热源步骤之后，还包括：

报警步骤，通过声、光或者数据消息的方式，发布报警信号。

10.如权利要求7所述的热源搜索方法，其特征在于，所述最优估计比较，具体为：

所述移动机器人每移动一个步长，将移动温度信息与周围的多个固定温度信息进行数学平滑处理和比较，依据热源辐射的温度场和对流场信息，对周围固定温度传感器进行最优估计计算，将与移动温度传感器相比温度变化率最大的固定温度传感器作为移动方向。