CN111604917B - 一种火场救灾机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种火场救灾机器人，包括：工程防护系统，包括涂覆于救灾机器人外壳表面的防火涂层和静电保护装置，机器人运动系统，包括：两机械手臂、两机械腿和两履带装置，两所述机械手臂、两所述机械腿的关节处和两履带装置均设有驱动电机，机器人感知系统，所述机器人感知系统包括：一全景相机模块和一烟雾传感器，信号传输系统，包括：一传输模块和若干传输接口，所述传输模块设于所述头部内，若干所述传输接口分别设于若干所述驱动电机上，所述传输模块利用以太网/千兆以太网将所述烟雾传感器、所述全景相机模块以及若干所述传输接口连接至用户端。本发明可以替代消防员进入火场参与救援任务，大大减少了因突发情况造成的人员损失。

Description

一种火场救灾机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种火场救灾机器人。

背景技术

现如今，机器人已经被我们大众所熟知，其是一种可以自动执行工作的机器装置，现在的机器人既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，其任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作，目前工业机器人的使用最为广泛，一般包括固定于设备上的多关节机械手和带有可移动装置的机器人，带有可移动装置的机器人一般底部都设有履带、轮组或带有可转动关节的行走装置，这类机器人的工作为搬运或作业居多，其可以帮助人类完成重物或危险物的运输，还可以到达一些环境恶劣、地势险峻的地方完成较为危险的任务；

在以往的火灾新闻中，常常会看到一些消防员在救火时，因一些突发情况而受伤或牺牲，由于火场内潜在的危险众多且不易勘察，火势难以掌控，，故消防员进入火场内行动十分危险，相对人来说，机器人更加适合做这类危险活动，其不仅可以利用感应装置来对火场内的情况进行感知和分析，还可以减少人员上的损失，因此为了解决这一问题，设计一种机器人来应对火灾是非常有必要的。

发明内容

针对现有的机器人存在的上述问题，现提供一种可以替代消防员进行火场作业的火场救灾机器人及控制方法。

具体技术方案如下：

一种火场救灾机器人，其中，包括：

工程防护系统，包括：涂覆于救灾机器人外壳表面的防火涂层，设置于救灾机器人内部电气连接部位的防静电保护结构和设置于救灾机器人内部控制器件间的隔温层；

机器人运动系统，所述机器人运动系统包括：两机械手臂、两机械腿和两履带装置，两所述履带装置分别设于两所述机械腿的底部，两所述机械手臂、两所述机械腿的关节处和两履带装置均设有驱动电机；

机器人拾取装置，所述机器人拾取装置包括：两爪勾结构，两所述爪勾结构分别设于两所述机械手臂上；

机器人感知系统，所述机器人感知系统包括：一全景相机模块和一烟雾传感器，所述全景相机模块和所述烟雾传感器均设于机器人的头部，所述全景相机模块用于传输图像，所述烟雾传感器用于检测所述机器人周围的烟雾浓度；

信号传输系统，所述信号传输系统包括：一传输模块和若干传输接口，所述传输模块设于所述头部内，若干所述传输接口分别设于若干所述驱动电机和两所述爪勾结构上，若干所述传输接口用于与所述传输模块之间传输工作状态和工作指令，所述传输模块利用以太网/千兆以太网将所述烟雾传感器、所述全景相机模块以及若干所述传输接口连接至用户端。

上述的火场救灾机器人，其中，还包括：控制系统，所述控制系统分别与若干所述驱动电机、两所述爪勾结构、所述信号传输系统信号连接。

上述的火场救灾机器人，其中，还包括：定位装置，所述定位装置设于所述头部内，所述定位装置与所述用户端信号连接。

上述的火场救灾机器人，其中，还包括：激光雷达装置，所述激光雷达装置设于所述头部的两侧，所述激光雷达装置分别与所述传输模块、所述控制系统信号连接，所述激光雷达装置用于在能见度较差情况下替代所述全景相机模块工作。

上述的火场救灾机器人，其中，所述机器人的壳体的外侧设有涂层，所述涂层的材料为耐火材料。

一种火场救灾机器人的控制方法，其中，包括任意一项所述的火场救灾机器人，所述控制方法包括：

步骤S1：在所述控制系统中输入原始工作路线、工作参数、第一烟雾浓度阈值和第二烟雾浓度阈值，且所述第一烟雾浓度阈值小于所述第二烟雾浓度阈值；

步骤S2：所述传输模块利用以太网向所述用户端传输若干所述传输接口和所述烟雾传感器的实时数据；

步骤S3：检测所述烟雾传感器测得的烟雾浓度是否大于所述第一烟雾浓度阈值且小于所述第二烟雾浓度阈值，若是，则跳转至步骤S4，若否，则跳转至步骤S6；

步骤S3.1：检测所述烟雾传感器测得的烟雾浓度是否大于所述烟雾浓度阈值b，若是，则跳转至步骤S3.2，若否，则跳转至步骤S6；

步骤S3.2：所述控制系统将所述传输装置的传输路径从所述以太网转换至所述千兆以太网；

步骤S3.3：所述控制系统打开所述激光雷达装置，并将所述激光雷达装置观测得到的所述机器人周围的环境数据通过所述传输装置传入至所述用户端；

步骤S3.4：所述控制系统开启手动控制模式；

步骤S4：所述控制系统将所述传输装置的传输路径从所述以太网转换至所述千兆以太网；

步骤S5：所述控制系统将所述全景相机模块的实时画面、若干所述传输接口的实时数据通过所述传输装置传入至所述用户端；

步骤S6：所述用户端将工作指令利用所述以太网/所述千兆以太网通过所述传输装置传入至若干所述传输接口；

步骤S7：若干所述驱动电机和两所述爪勾结构根据所述工作指令完成动作；

步骤S8：所述机器人返回至初始位置。

上述的火场救灾机器人的控制方法，其中，所述手动控制模式开启后，所述用户端通过手动操作直接控制所述机器人的行进方向、行进速度和两所述爪勾结构的动作。

上述的火场救灾机器人的控制方法，其中，所述步骤S1还包括：将若干所述传输接口编号，并将所述编号以及每一所述编号对应的所述传输接口的位置输入至所述控制系统中，以便于所述工作指令的传输和所述机器人的故障自检。

上述技术方案与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明采用类似人形的整体结构，包括两机械手臂、两机械腿和两履带装置，机械手臂和机械腿可以使机器人在恶劣的环境下，行动更加敏捷，并且若前方遇到障碍物时，机器人可采用跨越式或匍匐式穿过障碍物，由于其对称式的结构设计，无论以任何姿势通过障碍物时，都具有良好的稳定性同时，履带装置可以帮助机器人在平地或有少量坑洼泥泞路段快速行驶，该结构不仅保证了机器人在多障碍路段的通过性，还具有一定的灵活性。

(2)本发明设有拾取装置，该拾取装置类似人手的三爪式的结构，该结构可以更加灵活的拾取物品，该拾取装置与机械手臂相连接，可以实现携带或搬运物体，若在行进路线上遇到无法穿越的障碍物时，可通过该拾取装置，将前方的障碍物进行搬运或拆除，同时也可帮助伤者进行转移。

(3)本发明的感知系统设有全景相机模块，全景相机模块由多个摄像机组成的，其中摄像机的镜头包括有：标准镜头、广角镜头和长焦镜头，该全景相机模块所拍摄的画面经过机器人的工控机的处理，使传入用户端的画面具有更清晰地画质和更广阔的视野，由此更加有助于对机器人的操控以及完成火场内的搜救任务。

(4)本发明的机器人的头部还设有激光雷达装置，当烟雾传感器检测到机器人所处的环境内烟雾浓度较大，能见度较差时，控制系统将会打开激光雷达装置，由于烟雾遮挡了全景相机模块的镜头，使用户端无法看清机器人所处环境，所以通过全景相机模块操作机器人变得十分困难，而激光雷达装置可以利用雷达波勘测机器人周围环境，从而提高机器人的观察能力，降低救援的难度。

(5)本发明的机器人的壳体上涂有耐火材料，在机器人内部的重要部件处还包覆有隔热板，在火场内高温的环境中，可以起到保护机器人的作用，避免了因高温导致机器人起火或部件故障等问题，同时，机器人的控制系统中还设有远程操控模式，可通过用户端直接控制机器人的驱动电机，进一步的降低了因机器人的工控机过热后系统崩溃，导致机器人无法正常工作的风险。

附图说明

图1为本发明的一种火场救灾机器人及控制方法的流程图；

图2为本发明的一种火场救灾机器人及控制方法的整体结构示意图。

附图中：1、机器人；11、头部；111、全景相机模块；112、激光雷达装置；2、机械手臂；3、机械腿；4、履带装置；5、爪勾结构；6、驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1为本发明的一种火场救灾机器人及控制方法的流程图，图2为本发明的一种火场救灾机器人及控制方法的整体结构示意图，请参见图1和图2所示，示出了一种较佳实施例的火场救灾机器人，其包括有工程防护系统、机器人运动系统、机器人拾取装置、机器人感知系统和信号传输系统，机器人运动系统包括：两机械手臂2、两机械腿3和两履带装置4，两履带装置4分别设于两机械腿3的底部，两机械手臂2、两机械腿3的关节处和两履带装置4均设有驱动电机6，机器人拾取装置包括：两爪勾结构5，两爪勾结构4分别设于两机械手臂2上，机器人感知系统包括：一全景相机模块111和一烟雾传感器，全景相机模块111和烟雾传感器均设于机器人1的头部11，全景相机模块111用于传输图像，烟雾传感器用于检测机器人1周围的烟雾浓度，信号传输系统包括：一传输模块和若干传输接口，传输模块设于头部11内，若干传输接口分别设于若干驱动电机6和两爪勾结构5上，若干传输接口用于与传输模块之间传输工作状态和工作指令，传输模块利用以太网/千兆以太网将烟雾传感器、全景相机模块111以及若干传输接口连接至用户端。

另外，作为优选的实施方式，火场救灾机器人还包括：控制系统，控制系统分别与若干驱动电机6、两爪勾结构5、信号传输系统信号连接。优选的，控制系统不但可以控制电机进行转动，还可以控制信号的传输以及以太网和千兆以太网之间的切换，当没有突发状况时，或机器人1在正常运行状态下，控制系统按照初始参数运行各处驱动电机6，若出突发情况，或能见度较低时，可以通过用户端直接控制机器人1的行动。

进一步的，作为优选的实施方式，火场救灾机器人还包括：定位装置，定位装置设于头部11内，定位装置与用户端信号连接。优选的，定位装置采用卫星定位的方法，可以在用户端实时监控机器人1的行进路线，并且还可以结合烟雾传感器、全景相机模块111以及激光雷达装置112，了解火场内结构和着火点的位置，有助于进一步控制火情。

更进一步的，作为优选的实施方式，火场救灾机器人还包括：激光雷达装置112，激光雷达装置112设于头部11的两侧，激光雷达装置112分别与传输模块、控制系统信号连接，激光雷达装置用于在能见度较差情况下替代全景相机模块111工作。

此外，作为优选的实施方式，机器人1的壳体的外侧设有涂层，涂层的材料为耐火材料。

另外，作为优选的实施方式，头部11内设有容置空间，头部11的一侧设有开口，开口与容置空间相连通，开口处设有阻拦网，烟雾传感器设于容置空间内。优选的，烟雾传感器通过开口与外界相连通，从而机器人1所处的周围空气可流通至容置空间内，以便烟雾传感器探测空气中的烟雾颗粒，同时，阻拦网可以阻止石砾等硬物进入容置空间，进而损坏烟雾传感器。

此外，作为优选的实施方式，机器人1的内部设有隔热板，机器人1的电源和工控机的外侧均包裹设有隔热板。优选的，隔热板用于保持电源和工控机的温度，防止由于机器人1处于火场作业时，高温环境导致电源受热损坏爆炸，以及因工控机断路导致系统崩溃等问题，同时机器人1内的其他重要部件均采用耐火材料，防止因温度过高导致起火。

另外，作为优选的实施方式，两激光雷达装置112分别对称位于头部11的两侧，两激光雷达装置112分别与头部11转动连接。优选的，激光雷达装置112通过转动，可以360°扫描机器人1的周围环境，进而测得障碍物的位置与距离，并将其成像，传输至用户端。

下面说明火场救灾机器人的控制方法，包括：

步骤S1：在控制系统中输入原始工作路线、工作参数、第一烟雾浓度阈值和第二烟雾浓度阈值，且第一烟雾浓度阈值小于第二烟雾浓度阈值；

步骤S2：传输模块利用以太网向用户端传输若干传输接口和烟雾传感器的实时数据；

步骤S3：检测烟雾传感器测得的烟雾浓度是否大于第一烟雾浓度阈值且小于第二烟雾浓度阈值，若是，则跳转至步骤S4，若否，则跳转至步骤S6；

步骤S3.1：检测烟雾传感器测得的烟雾浓度是否大于烟雾浓度阈值b，若是，则跳转至步骤S3.2，若否，则跳转至步骤S6；

步骤S3.2：控制系统将传输装置的传输路径从以太网转换至千兆以太网；

步骤S3.3：控制系统打开激光雷达装置112，并将激光雷达装置112观测得到的机器人1周围的环境数据通过传输装置传入至用户端；

步骤S3.4：控制系统开启手动控制模式；

(第一烟雾浓度阈值为烟雾浓度阈值a，第二烟雾浓度阈值为烟雾浓度阈值b。)

步骤S4：控制系统将传输装置的传输路径从以太网转换至千兆以太网；

步骤S5：控制系统将全景相机模块111的实时画面、若干传输接口的实时数据通过传输装置传入至用户端；

步骤S6：用户端将工作指令利用以太网/千兆以太网通过传输装置传入至若干传输接口；

步骤S7：若干驱动电机6和两爪勾结构5根据工作指令完成动作；

步骤S8：机器人1返回至初始位置。

优选的，步骤S4中，控制系统将传输装置的传输路径从以太网转换至千兆以太网，将低带宽调整为高带宽，大大增加了数据的传输速度，使得全景相机模块拍摄的实时影像和若干传输接口对应的各个驱动电机6的工作数据可以有效地传入用户端，从而，当烟雾传感器检测到烟雾较大时，用户端可以快速的了解火场情况以及机器人1的工作状态，激光雷达装置112利用雷达波对机器人1周围的环境进行扫描，再将周围物体反射回来的雷达波进行处理，发送至用户端，进而在用户端的界面上会生成雷达图像，该激光雷达装置112可以在能见度较差的环境下，代替全景相机模块111工作，避免因无法观察机器人1周围环境，而导致机器人1发生碰撞或坠落的情况发生。

另外，作为优选的实施方式，手动控制模式开启后，用户端通过手动操作直接控制机器人1的行进方向、行进速度和两爪勾结构5的动作。

另外，作为优选的实施方式，步骤S1还包括：将若干传输接口编号，并将编号以及每一编号对应的传输接口的位置输入至控制系统中，以便于工作指令的传输和机器人1的故障自检。

本发明采用类似人形的整体结构，包括两机械手臂、两机械腿和两履带装置，机械手臂和机械腿可以使机器人在恶劣的环境下，行动更加敏捷，并且若前方遇到障碍物时，机器人可采用跨越式或匍匐式穿过障碍物，由于其对称式的结构设计，无论以任何姿势通过障碍物时，都具有良好的稳定性同时，履带装置可以帮助机器人在平地或有少量坑洼泥泞路段快速行驶，该结构不仅保证了机器人在多障碍路段的通过性，还具有一定的灵活性。

本发明设有拾取装置，该拾取装置类似人手的三爪式的结构，该结构可以更加灵活的拾取物品，该拾取装置与机械手臂相连接，可以实现携带或搬运物体，若在行进路线上遇到无法穿越的障碍物时，可通过该拾取装置，将前方的障碍物进行搬运或拆除，同时也可帮助伤者进行转移。

本发明的感知系统设有全景相机模块，全景相机模块由多个摄像机组成的，其中摄像机的镜头包括有：标准镜头、广角镜头和长焦镜头，该全景相机模块所拍摄的画面经过机器人的工控机的处理，使传入用户端的画面具有更清晰地画质和更广阔的视野，由此更加有助于对机器人的操控以及完成火场内的搜救任务。

本发明的机器人的头部还设有激光雷达装置，当烟雾传感器检测到机器人所处的环境内烟雾浓度较大，能见度较差时，控制系统将会打开激光雷达装置，由于烟雾遮挡了全景相机模块的镜头，使用户端无法看清机器人所处环境，所以通过全景相机模块操作机器人变得十分困难，而激光雷达装置可以利用雷达波勘测机器人周围环境，从而提高机器人的观察能力，降低救援的难度。

本发明的机器人的壳体上涂有耐火材料，在机器人内部的重要部件处还包覆有隔热板，在火场内高温的环境中，可以起到保护机器人的作用，避免了因高温导致机器人起火或部件故障等问题，同时，机器人的控制系统中还设有手动操控模式，可通过用户端直接控制机器人的驱动电机，进一步的降低了因机器人的工控机过热后系统崩溃，导致机器人无法正常工作的风险。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种火场救灾机器人的控制方法，其特征在于，包括所述火场救灾机器人，所述火场救灾机器人包括：

工程防护系统，包括：涂覆于所述火场救灾机器人的外壳表面的防火涂层，所述防火涂层的材料为耐火材料，还包括设置于所述火场救灾机器人的内部电气连接部位的防静电保护结构和设置于所述火场救灾机器人的内部控制器件间的隔温层；

机器人运动系统，所述机器人运动系统包括：两机械手臂、两机械腿和两履带装置，两所述履带装置分别设于两所述机械腿的底部，两所述机械手臂、两所述机械腿的关节处和两履带装置均设有驱动电机；

机器人拾取装置，所述机器人拾取装置包括：两爪勾结构，两所述爪勾结构分别设于两所述机械手臂上；

机器人感知系统，所述机器人感知系统包括：一全景相机模块和一烟雾传感器，所述全景相机模块和所述烟雾传感器均设于所述火场救灾机器人的头部，所述全景相机模块用于传输图像，所述烟雾传感器用于检测所述火场救灾机器人周围的烟雾浓度；

信号传输系统，所述信号传输系统包括：一传输模块和若干传输接口，所述传输模块设于所述头部内，若干所述传输接口分别设于若干所述驱动电机和两所述爪勾结构上，若干所述传输接口用于与所述传输模块之间传输工作状态和工作指令，所述传输模块利用以太网/千兆以太网将所述烟雾传感器、所述全景相机模块以及若干所述传输接口连接至用户端；

定位装置，所述定位装置设于所述头部内，所述定位装置与所述用户端信号连接；

还包括：控制系统，所述控制系统分别与若干所述驱动电机、两所述爪勾结构、所述信号传输系统信号连接；

还包括：激光雷达装置，所述激光雷达装置设于所述头部的两侧，所述激光雷达装置分别与所述传输模块、所述控制系统信号连接，所述激光雷达装置用于在能见度较差情况下替代所述全景相机模块工作；

所述控制方法包括：

步骤S1：在所述控制系统中输入原始工作路线、工作参数、第一烟雾浓度阈值和第二烟雾浓度阈值，且所述第一烟雾浓度阈值小于所述第二烟雾浓度阈值；

步骤S2：所述传输模块利用以太网向所述用户端传输若干所述传输接口和所述烟雾传感器的实时数据；

步骤S3：检测所述烟雾传感器测得的烟雾浓度是否大于所述第一烟雾浓度阈值且小于所述第二烟雾浓度阈值，若是，则跳转至步骤S4，若否，则跳转至步骤S3.1；

步骤S3.1：检测所述烟雾传感器测得的烟雾浓度是否大于所述第二烟雾浓度阈值，若是，则跳转至步骤S3.2，若否，则跳转至步骤S6；

步骤S3.2：所述控制系统将所述传输模块的传输路径从所述以太网转换至所述千兆以太网；

步骤S3.3：所述控制系统打开所述激光雷达装置，并将所述激光雷达装置观测得到的所述火场救灾机器人的周围的环境数据通过所述传输模块传入至所述用户端；

步骤S3.4：所述控制系统开启手动控制模式；

步骤S4：所述控制系统将所述传输模块的传输路径从所述以太网转换至所述千兆以太网；

步骤S5：所述控制系统将所述全景相机模块的实时画面、若干所述传输接口的实时数据通过所述传输模块传入至所述用户端；

步骤S6：所述用户端将工作指令利用所述以太网/所述千兆以太网通过所述传输模块传入至若干所述传输接口；

步骤S7：若干所述驱动电机和两所述爪勾结构根据所述工作指令完成动作；

步骤S8：所述火场救灾机器人返回至初始位置。

2.根据权利要求1所述火场救灾机器人的控制方法，其特征在于，所述手动控制模式开启后，所述用户端通过手动操作直接控制所述火场救灾机器人的行进方向、行进速度和两所述爪勾结构的动作。

3.根据权利要求1所述火场救灾机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：将若干所述传输接口编号，并将所述编号以及每一所述编号对应的所述传输接口的位置输入至所述控制系统中，以便于所述工作指令的传输和所述火场救灾机器人的故障自检。

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