CN115487450B - 消防机器人系统和多台消防机器人定位与协同灭火方法 - Google Patents

消防机器人系统和多台消防机器人定位与协同灭火方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种消防机器人系统和多台消防机器人定位与协同灭火方法。该多台消防机器人定位与协同灭火方法包括：在消防机器人集群中设置一台领航者消防机器人和多台跟随者消防机器人；根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改、以及更改后的编队队形；所述消防机器人集群内的多台消防机器人对火场进行协同灭火。本公开可以根据火势情况和火源区域的变化，改变编队队形、更新领航者的目标点，确保顺利完成任务。

Description

消防机器人系统和多台消防机器人定位与协同灭火方法
技术领域
本公开涉及机器人领域，特别涉及一种消防机器人系统和多台消防机器人定位与协同灭火方法。
背景技术
石油化工园区、高压电力系统换流站、大型仓库等场所是消防安全的重点领域。当火灾发生时，现场环境非常恶劣，可能存在高温、有毒、浓烟、爆炸、化学危险品、放射性物质等。自主消防机器人集群为消防救援任务提供了一种全新的工作方式，可以进入环境恶劣的火灾现场，克服现有的消防机器人人工遥控操作限制，保护消防员的生命健康安全。
随着各种灾害的突发和规模的不断加大，仅单一功能的消防机器人难以解决所有问题，随着机器人智能化的不断提高，结合多种功能的消防机器人协同作业，实现消防救援功效的最大化，提高消防队伍消防救灾能力。相关技术消防机器人部队可深入消防员难以达到的高危险性区域进行消防救援工作。相关技术的程序控制消防机器人将逐渐向智能化方向发展。消防机器人将逐步实现多机器人协同控制功能，实现在高危险性区域完全代替消防员进行工作，降低消防员伤亡的同时大幅提升消防救援的效率。
发明内容
发明人通过研究发现：相关技术机器人编队控制侧重于理论研究和仿真实验，其中，跟随领航者法是多机器人编队控制中最常见的算法，多与单机器人的避障算法结合使用，相关技术算法的缺点为计算复杂、容易出现机器人跟随丢失的情况。相关技术领航者机器人的崩溃会导致整个编队的崩溃，系统稳定性和鲁棒性较低。
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种消防机器人系统和多台消防机器人定位与协同灭火方法，可以根据火势情况和火源区域的变化，改变编队队形、更新领航者的目标点，确保顺利完成任务。
根据本公开的一个方面，提供一种多台消防机器人定位与协同灭火方法，包括：
远程控制指挥中心通过传感器获取消防机器人集群距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，其中，每个消防机器人集群包括一台领航者消防机器人和多台跟随者消防机器人，传感器设置于领航者消防机器人和跟随者消防机器人；
远程控制指挥中心根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形；
所述消防机器人集群内的多台消防机器人对火场进行协同灭火。
在本公开的一些实施例中，多台消防机器人定位与协同灭火方法还包括：
消防机器人按照自身规划的最优路径前进，其中，消防机器人包括领航者消防机器人和跟随者消防机器人；
消防机器人根据地图信息和自身雷达数据对周围环境进行感知避障，并进行局部路径规划。
在本公开的一些实施例中，多台消防机器人定位与协同灭火方法还包括：
领航者消防机器人按照自身规划的最优路径前进；
跟随者消防机器人接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形。
在本公开的一些实施例中，多台消防机器人定位与协同灭火方法还包括：
在起始位置到火场的过程中，消防机器人集群始终保持编队队形。
在本公开的一些实施例中，多台消防机器人定位与协同灭火方法还包括：
在远程控制指挥中心上实时显示消防机器人的运行状态，其中，远程控制指挥中心和多台消防机器人组建为异地局域网，远程控制指挥中心为主机，多台消防机器人为从机。
在本公开的一些实施例中，多台消防机器人定位与协同灭火方法还包括：
消防机器人基于从激光雷达获取的激光雷达数据建立点云地图，其中，激光雷达设置于消防机器人。
在本公开的一些实施例中，所述消防机器人按照自身规划的最优路径前进包括：
采集传感器数据，其中，所述传感器包括激光雷达、惯性测量单元和全球导航卫星系统实时动态定位系统；
获取消防机器人底盘和传感器的位置变换数据；
加载先验地图；
根据传感器数据、先验地图和位置变换数据，确定消防机器人的位置；
采用全局路径规划和局部路径规划方式，实现机器人导航中的最优路径规划；
根据最优路径，控制消防机器人底盘的线速度和转动角度，进而控制消防机器人运动。
在本公开的一些实施例中，所述跟随者消防机器人接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形包括：
在领航者机器人按照自身规划的最优路径前进的过程中，获取领航者机器人坐标系和跟随者消防机器人坐标系的最近一次的坐标变换数据；
根据所述最近一次的坐标变换数据、以及消防机器人集群的队形，确定跟随者消防机器人的目标导航点；
将目标导航点发送跟随者消防机器人，跟随者消防机器人进行自主导航。
在本公开的一些实施例中，所述消防机器人集群始终保持编队队形包括：
消防机器人集群确立参考点；
每个消防机器人通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定自身的下一步动作。
在本公开的一些实施例中，所述编队队形为三角形、圆形和扇形中的任一种。
在本公开的一些实施例中，所述消防机器人集群确立参考点包括：
采用中心参考、领航者消防机器人参考、邻近消防机器人参考中的任一种方式确立参考点，其中，中心参考为各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点，领航者消防机器人参考为跟随者消防机器人将领航者消防机器人的位置作为参考点，邻近消防机器人为每个消防机器人将与该消防机器人邻近的消防机器人的位置作为参考点。
在本公开的一些实施例中，所述每个消防机器人通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定该消防机器人的目标位置包括：
对于编队队形为三角形的情况，设定该三角形为等边三角形；
根据三角形的边长确定三角形的高；
根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
在本公开的一些实施例中，所述每个消防机器人通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定该消防机器人的目标位置包括：
对于编队队形扇形的情况，设定扇形圆心与两个跟随者消防机器人形成的三角形为等边三角形；
根据三角形的边长确定三角形的高；
根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
在本公开的一些实施例中，所述远程控制指挥中心根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形包括：
在火灾区域大于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将编队队形修改为扇形。
在本公开的一些实施例中，所述根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改、以及更改后的编队队形包括：
在火灾区域小于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将火灾区域设置为三角形的中心，且各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点。
根据本公开的另一方面，提供一种消防机器人系统，包括远程控制指挥中心和消防机器人集群，其中：
每个消防机器人集群包括一台领航者消防机器人和多台跟随者消防机器人；
远程控制指挥中心，被配置为获取消防机器人集群距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，其中，传感器设置于领航者消防机器人和跟随者消防机器人；根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形；
所述消防机器人集群内的多台消防机器人，被配置为对火场进行协同灭火。
在本公开的一些实施例中，消防机器人，被配置为按照自身规划的最优路径前进；根据地图信息和自身雷达数据对周围环境进行感知避障，并进行局部路径规划。
在本公开的一些实施例中，领航者消防机器人，被配置为按照自身规划的最优路径前进，其中，消防机器人包括领航者消防机器人和跟随者消防机器人；
跟随者消防机器人，被配置为接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形。
在本公开的一些实施例中，消防机器人集群，被配置为在起始位置到火场的过程中，始终保持编队队形。
在本公开的一些实施例中，远程控制指挥中心，被配置为实时显示消防机器人的运行状态，其中，远程控制指挥中心和多台消防机器人组建为异地局域网，远程控制指挥中心为主机，多台消防机器人为从机。
在本公开的一些实施例中，消防机器人，被配置为基于从激光雷达获取的激光雷达数据建立点云地图，其中，激光雷达设置于消防机器人。
在本公开的一些实施例中，消防机器人，被配置为在按照自身规划的最优路径前进的情况下，采集传感器数据，其中，所述传感器包括激光雷达、惯性测量单元和全球导航卫星系统实时动态定位系统；获取消防机器人底盘和传感器的位置变换数据；加载先验地图；根据传感器数据、先验地图和位置变换数据，确定消防机器人的位置；采用全局路径规划和局部路径规划方式，实现机器人导航中的最优路径规划；根据最优路径，控制消防机器人底盘的线速度和转动角度，进而控制消防机器人运动。
在本公开的一些实施例中，跟随者消防机器人，被配置在接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形的情况下，在领航者机器人按照自身规划的最优路径前进的过程中，获取领航者机器人坐标系和跟随者消防机器人坐标系的最近一次的坐标变换数据；根据所述最近一次的坐标变换数据、以及消防机器人集群的队形，确定跟随者消防机器人的目标导航点；根据目标导航点进行自主导航。
在本公开的一些实施例中，消防机器人集群，被配置为在起始位置到火场的过程中，确立参考点；
每个消防机器人，被配置为通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定自身的下一步动作。
在本公开的一些实施例中，所述编队队形为三角形、圆形和扇形中的任一种。
在本公开的一些实施例中，消防机器人集群，被配置为在确立参考点的情况下，采用中心参考、领航者消防机器人参考、邻近消防机器人参考中的任一种方式确立参考点，其中，中心参考为各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点，领航者消防机器人参考为跟随者消防机器人将领航者消防机器人的位置作为参考点，邻近消防机器人为每个消防机器人将与该消防机器人邻近的消防机器人的位置作为参考点。
在本公开的一些实施例中，消防机器人集群，被配置为在编队队形为三角形的情况，设定该三角形为等边三角形；根据三角形的边长确定三角形的高；根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
在本公开的一些实施例中，消防机器人集群，被配置为对于编队队形扇形的情况，设定扇形圆心与两个跟随者消防机器人形成的三角形为等边三角形；根据三角形的边长确定三角形的高；根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
在本公开的一些实施例中，远程控制指挥中心，被配置为在火灾区域大于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将编队队形修改为扇形；或，在火灾区域小于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将火灾区域设置为三角形的中心，且各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点。
根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法。
本公开领航者消防机器人可以按照自身规划的最优路线前进，跟随者消防机器人可以通过接收到的目标点规划路径前进，并结合自身雷达数据对周围环境进行感知避障，本公开可以根据火势情况和火源区域的变化，改变编队队形、更新领航者的目标点，确保顺利完成任务。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。
图1为本公开消防机器人系统一些实施例的示意图。
图2为本公开消防机器人系统另一些实施例的示意图。
图3为本公开消防机器人一些实施例的示意图。
图4为本公开多台消防机器人定位与协同灭火方法一些实施例的示意图。
图5为本公开多台消防机器人定位与协同灭火方法另一些实施例的示意图。
图6为本公开一些实施例中建立点云地图的示意图。
图7为本公开一些实施例中单台消防机器人导航的示意图。
图8为本公开一些实施例中领航者-跟随者编队控制的示意图。
图9为本公开一些实施例中消防机器人集群确立参考点的示意图。
图10为本公开一些实施例中消防机器人集群始终保持编队队形的示意图。
图11为本公开一些实施例中三角形编队的示意图。
图12为本公开一些实施例中扇形编队的示意图。
图13为本公开一些实施例中三角形灭火的示意图。
图14为本公开一些实施例中扇形灭火的示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本公开消防机器人系统一些实施例的示意图。如图1所示，本公开消防机器人系统可以包括远程控制指挥中心100和至少一个消防机器人集群200，其中：
每个消防机器人集群200包括一台领航者消防机器人210和多台跟随者消防机器人220。
远程控制指挥中心100，被配置为通过传感器获取消防机器人集群距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，其中，传感器设置于领航者消防机器人和跟随者消防机器人；根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改、以及更改后的编队队形。
所述消防机器人集群内的多台消防机器人(210、220)，被配置为对火场进行协同灭火。
图2为本公开消防机器人系统另一些实施例的示意图。如图2所示，本公开消防机器人系统可以包括远程控制指挥中心100和至少一个消防机器人集群200，其中：
每个消防机器人集群200包括一台领航者消防机器人210和多台跟随者消防机器人220。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，远程控制指挥中心和多台消防机器人组建为异地局域网，远程控制指挥中心100为主机，多台消防机器人(210、220)为从机。
远程控制指挥中心100，被配置为实时显示消防机器人的运行状态，方便用户查看。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，通信是实现消防机器人编队的关键技术。控制指挥中心和多台消防机器人之间利用Cloud VPN(Cloud Virtual Private Network，云虚拟专用网络)技术智能组网，使用支持SD-WAN(Software Defined Wide AreaNetwork，软件定义广域网)智能组网的路由器，实现异地局域网内的消防机器人和远程控制指挥中心互联互通。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，所述路由器可以为4G或5G等通信模式的路由器。
本公开上述实施例组网方式不易受地形影响，其数据传输半径在4G或5G等通信信号覆盖范围内几乎不受限制。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，当所有设备连接到4G路由器后，获得同一个网络中每个设备的IP地址，再利用机器人操作系统(ROS)中的分布式节点通信架构：主从机通信，把远程控制指挥中心设置为主机，消防机器人设置为从机，处在同一个局域网中的设备都能进行通讯。通过这种方式，就可以通过远程控制指挥中心订阅所有机器人的话题，远距离查看和控制消防机器人的状态，
在本公开的一些实施例中，组网通信的具体配置过程分为两个方面：一是路由器的设置；二是远程控制指挥中心和消防机器人之间的主从通信设置。
第一、路由器的设置
路由器使用蒲公英路由器，其设置步骤如下：
步骤11，激活物联网卡，蒲公英路由器和远程控制指挥中心使用网线进行连接。
步骤12，消防机器人下载Ubuntu系统下蒲公英访问端并安装，登录蒲公英管理界面，点击管理，添加软件成员。
步骤13，在消防机器人的终端中输入：sudo pgyvpn按回车键输入密码即可远程连接蒲公英路由器。
第二、主从机设置
在完成第一步骤的基础上，设置远程控制指挥中心的计算机作为ROS系统主机，所有消防机器人的工控机都设置为从机：
步骤21，所有设备连接诸如蒲公英路由器的路由器，获取远程控制指挥中心和消防机器人的计算机IP地址。
步骤22，查看各自的hostname,设置主机为hostA,从机分别为hostB、hostC和hostD。
步骤23，修改主机hostA的/etc/hosts文件，添加从机的相关信息：IP地址+从机的hostname。
步骤24，修改各个从机的/etc/hosts文件，每一个消防机器人的工控机中都添加主机的相关信息：IP地址+主机的hostname。
步骤25，修改主机的.bashrc文件。
export ROS_HOSTNAME＝hostA
export ROS_MASTER_URI＝http://主机IP:11311
export ROS_IP＝主机IP。
步骤26，以从机B为例，修改从机的.bashrc文件
export ROS_HOSTNAME＝hostB
export ROS_MASTER_URI＝http://从机B的IP:11311
export ROS_IP＝从机B的IP。
通过以上的网络设置，就可以在远程控制指挥中心发布命令和查看消防机器人的运行状态。
图3为本公开消防机器人一些实施例的示意图。如图3所示，本公开消防机器人(例如图1或图2实施例的领航者消防机器人210和多台跟随者消防机器人220中的每一个消防机器人)可以包括自主定位导航系统和底盘运动控制系统，其中：
在本公开的一些实施例中，如图3所示，自主定位与导航系统使用高性能的工控机，并且安装了固态激光雷达、GNSS-RTK(Global Navigation Satellite System Real-Time Kinematic，全球导航卫星系统实时动态定位)高精度定位系统、IMU(InertialMeasurement Unit，惯性测量单元)、编码器等传感器；底盘运动控制系统包括底盘运动控制器和底盘，其中，底盘采用阿克曼转向结构底盘，可配置为指令控制或者遥控器手动控制模式，其中，GNSS可以为全球卫星定位系统(GPS)、伽利略卫星导航系统(GALILEO)、GLONASS、北斗卫星导航系统(BDS)等卫星导航系统。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，固态激光雷达通过网口和工控机连接，GNSS-RTK通过串口(串行通信接口)和工控机连接，IMU通过串口和工控机连接，底盘运动控制器通过CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线接口和工控机连接。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人(210、220)，可以被配置为按照自身规划的最优路径前进；根据地图信息和自身雷达数据对周围环境进行感知避障，并进行局部路径规划。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，领航者消防机器人210，被配置为按照自身规划的最优路径前进；跟随者消防机器人220，可以被配置为接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人集群200，被配置为在起始位置到火场的过程中，始终保持编队队形。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人(210、220)，可以被配置为基于激光雷达数据建立点云地图。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人(210、220)，可以被配置为在按照自身规划的最优路径前进的情况下，采集传感器数据，其中，所述传感器包括激光雷达、惯性测量单元和全球导航卫星系统实时动态定位天线；获取消防机器人底盘和传感器的位置变换数据；加载先验地图；根据传感器数据、先验地图和位置变换数据，确定消防机器人的位置；采用全局路径规划和局部路径规划方式，实现机器人导航中的最优路径规划；根据最优路径，控制消防机器人底盘的线速度和转动角度，进而控制消防机器人运动。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，跟随者消防机器人220，被配置在接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形的情况下，在领航者机器人按照自身规划的最优路径前进的过程中，获取领航者机器人坐标系和跟随者消防机器人坐标系的最近一次的坐标变换数据；根据所述最近一次的坐标变换数据、以及消防机器人集群的队形，确定跟随者消防机器人的目标导航点；根据目标导航点进行自主导航。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人集群200，被配置为在起始位置到火场的过程中，确立参考点；每个消防机器人(210、220)，被配置为通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定自身的下一步动作。
在本公开的一些实施例中，所述编队队形为三角形、圆形和扇形中的任一种。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人集群(210、220)，被配置为在确立参考点的情况下，采用中心参考、领航者消防机器人参考、邻近消防机器人参考中的任一种方式确立参考点，其中，中心参考为各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点，领航者消防机器人参考为跟随者消防机器人将领航者消防机器人的位置作为参考点，邻近消防机器人为每个消防机器人将与该消防机器人邻近的消防机器人的位置作为参考点。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人集群(210、220)，被配置为在编队队形为三角形的情况，设定该三角形为等边三角形；根据三角形的边长确定三角形的高；根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，消防机器人集群(210、220)，被配置为对于编队队形扇形的情况，设定扇形圆心与两个跟随者消防机器人形成的三角形为等边三角形；根据三角形的边长确定三角形的高；根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
在本公开的一些实施例中，如图1或图2所示，远程控制指挥中心100，被配置为在火灾区域大于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将编队队形修改为扇形；或，在火灾区域小于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将火灾区域设置为三角形的中心，且各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点。
本公开上述实施例针对多台消防机器人的灭火作业进行研究，消防机器人搭载固态激光雷达、惯性测量单元等传感器感知周围环境，设置一台消防机器人为领航者，其余消防机器人为跟随者，远程指挥控制中心、领航者、跟随者之间通过4G路由器进行组网和通信，跟随者通过实时订阅领航者的位姿信息，计算自身的导航目标点，进行跟随协同，共同处理灭火任务。
图4为本公开多台消防机器人定位与协同灭火方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开消防机器人系统执行。该方法可以包括步骤41-步骤43中的至少一个步骤，其中：
步骤41，远程控制指挥中心通过传感器获取消防机器人集群距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，其中，每个消防机器人集群包括一台领航者消防机器人和多台跟随者消防机器人，传感器设置于领航者消防机器人和跟随者消防机器人。
步骤42，远程控制指挥中心根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形。
步骤43，所述消防机器人集群内的多台消防机器人对火场进行协同灭火。
图5为本公开多台消防机器人定位与协同灭火方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开消防机器人系统执行。该方法可以包括步骤51-步骤53中的至少一个步骤，其中：
步骤51，消防机器人基于从激光雷达获取的激光雷达数据建立点云地图，其中，激光雷达设置于消防机器人。
在本公开的一些实施例中，消防机器人的自主作业依赖于先验的三维环境地图。针对特高压换流站、仓储园区等半封闭场景，使用固态激光雷达和IMU等多传感器融合的方法，用FAST_LIO建图算法，建立三维点云环境地图。通过激光雷达在场地中的运动，扫描周围环境，订阅激光雷达的点云数据，对固体激光雷达数据与IMU数据进行紧耦合建图。
图6为本公开一些实施例中建立点云地图的示意图。如图6所示，采用多传感器融合的方法建立三维环境点云地图(即图5实施例的步骤51)主要包括四个步骤：前向传播、后向传播、迭代状态更新、地图更新。第一步获取imu数据进行前向传播，然后imu测量数据和激光雷达数据进行后向传播，将IMU测量数据带入公式中，就可以求得各个特征点与最后一个特征点在一帧时间内的相对位姿进行运动补偿，通过前面两个步骤得到的结果进行迭代状态更新，把雷达特征点的位姿转到全局坐标系下并在地图中找到最近的平面构建残差公式，对位姿进行迭代更新求得最优结果，作为里程计以10Hz至50Hz的频率发布出去，同时借助最优状态估计，将经过运动补偿的特征点转换到全局坐标系中，并将转换到全局坐标系中的这一系列点加入到全局地图中。
步骤52，机器人集群从起始位置到达火场阶段的编队控制。
在本公开的一些实施例中，步骤52可以包括步骤521-步骤525中的至少一个步骤，其中：
步骤521，根据用户的输入，将远程控制指挥中心和多台消防机器人组建异地局域网，将远程控制指挥中心设置为主机，多台消防机器人设置为从机。
在本公开的一些实施例中，步骤521可以包括：根据用户输入，指定机器人集群中的一台消防机器人为领航者，其余消防机器人为跟随者。机器人集群中的领航者和跟随者按照三角队形前进，领航者居中，跟随者对称地分布在领航者两侧。
步骤522，远程控制指挥中心上实时显示消防机器人的运行状态，以便用户查看。
步骤523，消防机器人按照自身规划的最优路径前进。
在本公开的一些实施例中，步骤523可以包括：在该阶段，主要解决机器人的导航和编队问题。消防机器人的定位采用GNSS-RTK定位为主，amcl_3d定位算法为辅的定位方法，来确定机器人的位姿。自主路径规划和避障功能通过move_base功能包，订阅激光雷达、map地图、GNSS-RTK定位数据、amcl的定位数据等，规划出全局和局部路径，使用TEB路径规划方法计算并发布机器人的速度信息话题/cmd_vel，实现机器人的自主导航。
图7为本公开一些实施例中单台消防机器人导航的示意图。本公开编队控制采用领航者-跟随者方法，整体结构如图7所示，图7中robot1设为领航者消防机器人，其余为跟随者消防机器人(robot2和robot3)。如图7所示，本公开消防机器人按照自身规划的最优路径前进的步骤可以包括步骤71-步骤76中的至少一个步骤，其中：
步骤71，消防机器人采集传感器数据，其中，所述传感器包括激光雷达、惯性测量单元和全球导航卫星系统实时动态定位天线；获取消防机器人底盘和传感器的位置变换数据。
在本公开的一些实施例中，步骤71可以包括：在ROS中开启激光雷达、IMU、GNSS-RTK天线等传感器的驱动节点，采集传感器数据，并发布相关话题；发布消防机器人的底盘、激光雷达、IMU、GNSS-RTK天线等坐标系变换tf。
在本公开的一些实施例中，如图7所示，步骤71可以包括：底盘定位发布节点获取定位数据，发布里程计话题到TF转换节点。
步骤72，消防机器人运行地图服务器map_server，加载先验地图。
在本公开的一些实施例中，步骤73可以包括：地图服务器节点将地图数据提供给SLAM(Simultaneous Localization And Mapping，即时定位与地图构建)节点，将题图信息提供给路径规划节点。
步骤73，消防机器人根据传感器数据、先验地图和位置变换数据，确定消防机器人的位置。
在本公开的一些实施例中，步骤73可以包括：启动GNSS-RTK和amcl_3d定位节点，基于地图、雷达和RTK数据以及tf位姿变换确定机器人的位置，实现消防机器人在地图中的定位。
在本公开的一些实施例中，如图7所示，步骤73可以包括：启动SLAM节点，基于地图服务器发送的地图数据、雷达节点发送的环境数据和TF转换节点发送的tf位姿变换数据，实现消防机器人在地图中的定位；SLAM节点将位姿信息提供给路径规划节点；SLAM节点将位姿反馈信息通过给运动控制节点。
步骤74，消防机器人采用全局路径规划和局部路径规划方式，实现机器人导航中的最优路径规划。
在本公开的一些实施例中，步骤74可以包括：启动路径规划节点move_base，设置运动规划目标话题/move_base/goal，启动全局路径规划和局部路径规划算法(局部路径规划使用TEB算法，在之后步骤中介绍)，实现机器人导航中的最优路径规划。
在本公开的一些实施例中，步骤74可以包括：路径规划节点根据目的点信息、地图服务器提供的地图信息、SLAM节点提供的位姿信息，确定最优导航路径；并将导航路径发送给运动控制节点。
步骤75，消防机器人根据最优路径，控制消防机器人底盘的线速度和转动角度，进而控制消防机器人运动。
在本公开的一些实施例中，步骤75可以包括：move_base节点发布话题/move_base/feedback反馈信息，包含消防机器人的底盘坐标，同时发布消防机器人速度控制指令话题/cmd_vel，控制机器人底盘运动；底盘控制节点订阅/cmd_vel控制命令，并解算出阿克曼底盘运动所需的线速度和转动角度，发送运动控制命令到运动底盘，控制消防机器人运动。
在本公开的一些实施例中，如图7所示，本公开消防机器人按照自身规划的最优路径前进的步骤可以包括：领航者消防机器人(Robot1)将自身的位置信息发送给跟随者消防机器人(Robot2、Robot3)；消防机器人(Robot1、Robot2、Robot3)向地图发送控制命令，地图向消防机器人(Robot1、Robot2、Robot3)发送定位数据和激光数据。
步骤524，消防机器人根据地图信息和自身雷达数据对周围环境进行感知避障，并进行局部路径规划。
在本公开的一些实施例中，因环境的不断变化，领航者需要针对地图信息和自身传感器数据感知到出现的障碍物并进行一个本地实时规划，避免与障碍物发生碰撞。由于消防机器人使用了阿克曼转向几何约束的底盘，其特点是存在转弯半径的限制，所以选择TEB(Time Elastic Band，时间弹性带)算法作为局部路径规划器。TEB算法能够考虑到阿克曼底盘结构的特点，规划出一条远离障碍物且符合消防机器人前进的路径。以领航者机器人为例，TEB算法的配置和工作原理包括步骤5241-步骤5245中的至少一个步骤，其中：
步骤5241，使用消防机器人的实际尺寸设置TEB算法中的参数：最大车速、最大角速度、最小转弯半径、机器人的外廓尺寸等。
步骤5242，在遇到障碍物时，截取全局路径中的一部分作为局部规划的初始轨迹。
步骤5243，等间隔选出路径上的航迹点，使用costmap_converter插件，将障碍物做一定的简化，简化为线段、多边形等。
步骤5244，根据初始轨迹和领航者的最大转向半径，开始执行局部路径规划，并进行轨迹检查，确保轨迹是无碰撞的。
步骤5245，消防机器人获得领航者需要执行的速度指令。
步骤525，在起始位置到火场的过程中，消防机器人集群始终保持编队队形。
在本公开的一些实施例中，步骤525可以包括：领航者消防机器人按照自身规划的最优路径前进；跟随者消防机器人接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形。
图8为本公开一些实施例中领航者-跟随者编队控制的示意图。在领航者-跟随者编队控制中，领航者机器人实时发布自身base_link坐标系的tf，跟随者消防机器人监听领航者机器人的tf信息，根据期望队形计算得到目标位姿信息，将其设置为导航目标点。跟随者通过不断获取的导航目标点，跟随领航者前进，其流程图如图8所示。如图8所示，本公开领航者-跟随者编队控制方法(即跟随者消防机器人接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形的步骤)可以包括步骤81-步骤86中的至少一个步骤，其中：
步骤81，跟随者消防机器人初始化ros节点，并定义tf监听器：listener。
步骤82，跟随者消防机器人定义存放领航者-跟随者之间关系的变量：transform。
步骤83，跟随者消防机器人获取领航者坐标系和跟随者坐标系在最近一次的坐标变换。
在本公开的一些实施例中，步骤83可以包括：在领航者机器人按照自身规划的最优路径前进的过程中，获取领航者机器人坐标系和跟随者消防机器人坐标系的最近一次的坐标变换数据。
步骤84，跟随者消防机器人初始化目标导航点goal；把监听到的最近一次transform的平移变换和旋转变换赋值给目标导航点goal。
在本公开的一些实施例中，步骤83可以包括：根据所述最近一次的坐标变换数据、以及消防机器人集群的队形，确定跟随者消防机器人的目标导航点。
在本公开的一些实施例中，如图8所示，步骤83和84可以包括：提取位姿信息，设置为目标点(目标导航点)；等待路径规划节点move_base开启。
步骤85，把目标导航点goal发送跟随者消防机器人，跟随者消防机器人进行自主导航。
步骤86，跟随者消防机器人判断是否到达目标点。在到达目标点的情况下，输出成功信息，跟随者消防机器人判获取下一个目标点后，重复步骤83-步骤85；否则，在未到达目标点的情况下，输出报错信息，重复步骤83-步骤85。
本公开上述实施例通过图8实施例的方法，领航者在前进的过程中，跟随者通过不断获取新的目标点，始终保持编队队形，当跟随者获得目标点时，就可以进行路径规划，选择局部最优路线，在行进过程中如果出现障碍物时，跟随者可以在避障的同时，始终保持队形的要求。
在本公开的一些实施例中，步骤525中，所述消防机器人集群始终保持编队队形的步骤可以包括：消防机器人集群确立参考点；每个消防机器人通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定自身的下一步动作。
在本公开的一些实施例中，所述编队队形可以为三角形、圆形和扇形中的任一种。
在本公开的一些实施例中，在起始位置到火场的过程中，消防机器人始终保持三角形编队，使其可以快速到达任务地点，其编队程序在远程控制指挥中心上编译，为了能够形成一个特定队形，多机器人需要确立一个参考点，每一个机器人通过队形类型和邻近机器人的相对位姿，来决定自己的下一步动作。
图9为本公开一些实施例中消防机器人集群确立参考点的示意图。所述消防机器人集群确立参考点的步骤可以包括：采用中心参考(如图9(a)所示)、领航者消防机器人参考(如图9(b)所示)、邻近消防机器人参考(如图9(c)所示)中的任一种方式确立参考点，其中，中心参考为各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点，领航者消防机器人参考为跟随者消防机器人将领航者消防机器人的位置作为参考点，邻近消防机器人为每个消防机器人将与该消防机器人邻近的消防机器人的位置作为参考点。
图10为本公开一些实施例中消防机器人集群始终保持编队队形的示意图。本公开采用采用领航者参考方法(图9(b))，如图10所示，所述方法可以包括：初始化节点；加载队形参数；由领航者消防机器人发布自身的TF，根据三角形或者圆型，设置机器人的初始位置，计算得出各个跟随者的目标坐标位置。
图11为本公开一些实施例中三角形编队的示意图。以三角形编队为例，在map坐标系下，实时获取领航者的坐标(x,y,0),两个跟随者提供两个平行于领航者的坐标(x1,y1,0)、(x2,y2,0)，其编队算法(所述由领航者消防机器人发布自身的TF，根据三角形或者圆型，计算得出各个跟随者的目标坐标位置的步骤)可以包括步骤111-步骤116中的至少一个步骤，其中：
步骤111，领航者消防机器人定义两个tf坐标变量transform1、transform2和四元数q以及两个tf发布对象broadcaster1、broadcaster2。
步骤112，领航者消防机器人对于编队队形为三角形的情况，设定该三角形为等边三角形。
在本公开的一些实施例中，如图11所示，步骤112可以包括：规定在实际运行中的三台消防机器人中心的距离都为a＝b＝c＝10m，则三角形编队的夹角为60°。
步骤113，领航者消防机器人根据三角形的边长确定三角形的高h。
在本公开的一些实施例中，如图11所示，步骤113可以包括根据公式：h＝a×sinθ求得h值。
步骤114，领航者消防机器人根据三角形的高h、领航者消防机器人的坐标位置(x,y,0)，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置(x1,y1,0)、(x2,y2,0)。
在本公开的一些实施例中，如图11所示，步骤114可以包括根据公式：计算出跟随者1的坐标位置；根据公式：计算出跟随者2的坐标位置。
步骤115，领航者消防机器人把向量(x1,y1,0)设置为transform1的平移变化，向量(x2,y2,0)设置为transform2的平移变化。
步骤116，领航者消防机器人把当前时间跟随者消防机器人相对于领航者消防机器人之间的tf变换发布出去。
图12为本公开一些实施例中扇形编队的示意图。扇形编队与三角形编队类似，扇形编队的编队算法(所述由领航者消防机器人发布自身的TF，根据三角形或者圆型，计算得出各个跟随者的目标坐标位置的步骤)可以包括步骤121-步骤123中的至少一个步骤，其中：
步骤121，领航者消防机器人对于编队队形扇形的情况，设定扇形圆心与两个跟随者消防机器人形成的三角形为等边三角形。
在本公开的一些实施例中，如图12所示，步骤121可以包括：规定扇形所在圆的半径r＝10m，圆心与两个跟随者形成的三角形为等边三角形。
步骤122，领航者消防机器人根据三角形的边长确定三角形的高。
在本公开的一些实施例中，如图12所示，步骤122可以包括：根据公式求得h2的值。
步骤123，领航者消防机器人根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
在本公开的一些实施例中，如图12所示，步骤123可以包括：根据公式：计算出跟随者1的坐标位置；根据公式：计算出跟随者2的坐标位置。
本公开上述实施例在main函数中进行ros节点的初始化，定义队形参数robot_form，并通过对队形参数赋值选择合适的队形。通过以上配置，就能确保消防机器人在编队的情况下，每一辆消防机器人又可以独立进行路径规划和避障，极大的提高消防机器人的自主工作能力。
步骤53，机器人集群在火场附近的定位和协同灭火。
在本公开的一些实施例中，步骤53可以包括：远程控制指挥中心通过传感器获取消防机器人集群距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，其中，每个消防机器人集群包括一台领航者消防机器人和多台跟随者消防机器人，传感器设置于领航者消防机器人和跟随者消防机器人；远程控制指挥中心根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形。
本公开上述实施例在距离火场较近时，根据火势状况把集群的队形从三角型改为扇形分布。以火场为中心，消防机器人以扇形或圆形分布在火场周围。
在本公开的一些实施例中，步骤53可以包括步骤531-步骤536中的至少一个步骤，其中：
步骤531，在远程控制指挥中心上运行rviz订阅所有话题，加载先验地图和消防机器人模型。
步骤532，远程控制指挥中心根据火势情况大小决定是否更改队形，若火灾区域明显大于在程序中设定的消防机器人之间的距离，则在远程控制指挥中心的程序上改变队形参数变量，选择扇形分布。
在本公开的一些实施例中，步骤532可以包括：在火灾区域大于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将编队队形修改为扇形。
在本公开的另一些实施例中，步骤532可以包括：在火灾区域小于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将火灾区域设置为三角形的中心，且各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点。
步骤533，若继续使用三角形编队，则远程控制指挥中心在rviz中重新给领航者发送一个目标点，使其火灾区域为三角形的中心，如图13所示。图13为本公开一些实施例中三角形灭火的示意图。
步骤534，若使用扇形编队，同样在rviz中给领航者发送一个目标点，使其火灾区域在领航者的正前方区域，如下图14所示。图14为本公开一些实施例中扇形灭火的示意图。
步骤535，远程控制指挥中心根据火势情况，实时更换领航者的目标点和队形，使其尽快到达目标位置，开始灭火作业。
步骤536，任务完成后，远程控制指挥中心在rviz中把起始位置发送给领航者，带领消防机器人返回起点。
本公开上述实实施例通过以上两个阶段(机器人集群从起始位置到达火场阶段的编队控制、机器人集群在火场附近的定位和协同灭火)，在远程控制指挥中心上运行rviz实时查看消防机器人的运行状态，领航者按照自身规划的最优路线前进，跟随者通过接收到的目标点规划路径前进，并结合自身雷达数据对周围环境进行感知避障，根据火势情况和火源区域的变化，改变编队队形、更新领航者的目标点，确保顺利完成任务。
发明人通过研究发现：随着机器人技术在诸多方面的应用，利用多机器人编队，协同完成任务是未来的发展趋势。
本公开上述实施例针对消防领域特有的性质：危害性大，环境复杂，人员不宜进入等特点，基于ROS机器人操作系统，开发了多台消防机器人的协同灭火方法。本公开上述实施例的多台消防机器人采用领航-跟随模式进行编队控制，通过远程指挥控制中心设定火场位置，领航者机器人自主导航至火场，并实时发布自身的位姿，每个跟随者依据队形确定自己的目标位姿，在自主导航到达目标位姿的过程中，实现所有机器人在保持队形的前提下进行避障。多台消防机器人在通信上使用路由器进行远距离通信，远程控制指挥中心与消防机器人进行ROS系统中的主从机设置，远程控制指挥中心设置为主机(ROS master)，消防机器人设置为从机，无论主机或从机，都可通过订阅消防机器人的话题，来达到远程查看和控制消防机器人的运动情况。
本公开上述实施例基于机器人操作系统(ROS)实现跟随领航者法，原理清晰，实现较为容易。
根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例(例如图4-图11任一实施例)所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法。
本公开上述实施例的远程控制指挥中心和多台消防机器人之间利用Cloud VPN技术智能组网，使用支持SD-WAN智能组网的4G路由器，实现异地局域网内的消防机器人和远程控制指挥中心互联互通。该组网方式不易受地形影响，其数据传输半径在4G信号覆盖范围内几乎不受限制；本公开上述实施例提出了领航者消防机器人的自主导航步骤；本公开上述实施例提出了领航者消防机器人的位姿发布，以及跟随者消防机器人的编队控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在上面所描述的远程指挥控制中心可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
本领域普通技术人员可以理解本公开上述实施例方法的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，所述硬件可以实现为用于执行本申请所述方法的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种非瞬时性计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (21)

1.一种多台消防机器人定位与协同灭火方法，包括：
远程控制指挥中心通过传感器获取消防机器人集群距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，其中，每个消防机器人集群包括一台领航者消防机器人和多台跟随者消防机器人，传感器设置于领航者消防机器人和跟随者消防机器人；
远程控制指挥中心根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形；
所述消防机器人集群内的多台消防机器人对火场进行协同灭火；
其中，所述多台消防机器人定位与协同灭火方法还包括：
领航者消防机器人按照自身规划的最优路径前进；
跟随者消防机器人接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形；
其中，所述跟随者消防机器人接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形包括：
在领航者机器人按照自身规划的最优路径前进的过程中，获取领航者机器人坐标系和跟随者消防机器人坐标系的最近一次的坐标变换数据；
根据所述最近一次的坐标变换数据、以及消防机器人集群的队形，确定跟随者消防机器人的目标导航点；
将目标导航点发送跟随者消防机器人，跟随者消防机器人进行自主导航；
其中，所述远程控制指挥中心根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形包括：
在火灾区域大于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将编队队形修改为扇形；
或，
在火灾区域小于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将火灾区域设置为三角形的中心，且各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点。
2.根据权利要求1所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，还包括：
消防机器人按照自身规划的最优路径前进，其中，消防机器人包括领航者消防机器人和跟随者消防机器人；
消防机器人根据地图信息和自身雷达数据对周围环境进行感知避障，并进行局部路径规划。
3.根据权利要求1或2所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，还包括：
在起始位置到火场的过程中，消防机器人集群始终保持编队队形。
4.根据权利要求1或2所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，还包括：
在远程控制指挥中心上实时显示消防机器人的运行状态，其中，远程控制指挥中心和多台消防机器人组建为异地局域网，远程控制指挥中心为主机，多台消防机器人为从机。
5.根据权利要求2所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，还包括：
消防机器人基于从激光雷达获取的激光雷达数据建立点云地图，其中，激光雷达设置于消防机器人。
6.根据权利要求2所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，所述消防机器人按照自身规划的最优路径前进包括：
采集传感器数据，其中，所述传感器包括激光雷达、惯性测量单元和全球导航卫星系统实时动态定位系统；
获取消防机器人底盘和传感器的位置变换数据；
加载先验地图；
根据传感器数据、先验地图和位置变换数据，确定消防机器人的位置；
采用全局路径规划和局部路径规划方式，实现机器人导航中的最优路径规划；
根据最优路径，控制消防机器人底盘的线速度和转动角度，进而控制消防机器人运动。
7.根据权利要求3所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，其中，所述消防机器人集群始终保持编队队形包括：
消防机器人集群确立参考点；
每个消防机器人通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定该消防机器人的目标位置和该消防机器人的下一步动作。
8.根据权利要求7所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，其中：
所述编队队形为三角形、圆形和扇形中的任一种；
所述消防机器人集群确立参考点包括：
采用中心参考、领航者消防机器人参考、邻近消防机器人参考中的任一种方式确立参考点，其中，中心参考为各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点，领航者消防机器人参考为跟随者机器人将领航者消防机器人的位置作为参考点，邻近消防机器人为每个消防机器人将与该消防机器人邻近的消防机器人的位置作为参考点。
9.根据权利要求7所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，其中，所述每个消防机器人通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定该消防机器人的目标位置包括：
对于编队队形为三角形的情况，设定该三角形为等边三角形；
根据三角形的边长确定三角形的高；
根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
10.根据权利要求7所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法，其中，所述每个消防机器人通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定该消防机器人的目标位置包括：
对于编队队形扇形的情况，设定扇形圆心与两个跟随者消防机器人形成的三角形为等边三角形；
根据三角形的边长确定三角形的高；
根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
11.一种消防机器人系统，包括远程控制指挥中心和消防机器人集群，其中：
每个消防机器人集群包括一台领航者消防机器人和多台跟随者消防机器人；
领航者消防机器人，被配置为按照自身规划的最优路径前进；
跟随者消防机器人，被配置为接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形；
远程控制指挥中心，被配置为获取消防机器人集群距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，其中，传感器设置于领航者消防机器人和跟随者消防机器人；根据距离火场的距离、火势情况、火灾区域的变化，确定是否对消防机器人集群的编队队形进行更改，并在确定对消防机器人集群的编队队形进行更改的情况下，确定更改后的编队队形；
所述消防机器人集群内的多台消防机器人，被配置为对火场进行协同灭火；
其中，跟随者消防机器人，被配置在接收目标点，根据接收到的目标点规划路径前进，并保持消防机器人集群的编队队形的情况下，在领航者机器人按照自身规划的最优路径前进的过程中，获取领航者机器人坐标系和跟随者消防机器人坐标系的最近一次的坐标变换数据；根据所述最近一次的坐标变换数据、以及消防机器人集群的队形，确定跟随者消防机器人的目标导航点；根据目标导航点进行自主导航；
其中，远程控制指挥中心，被配置为在火灾区域大于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将编队队形修改为扇形；或，在火灾区域小于第一预定值、距离火场的距离小于第二预定值、编队队形为三角形的情况下，将火灾区域设置为三角形的中心，且各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点。
12.根据权利要求11所述的消防机器人系统，其中：
消防机器人，被配置为按照自身规划的最优路径前进，其中，消防机器人包括领航者消防机器人和跟随者消防机器人；根据地图信息和自身雷达数据对周围环境进行感知避障，并进行局部路径规划。
13.根据权利要求11或12所述的消防机器人系统，其中：
消防机器人集群，被配置为在起始位置到火场的过程中，始终保持编队队形。
14.根据权利要求11或12所述的消防机器人系统，其中：
远程控制指挥中心，被配置为实时显示消防机器人的运行状态，其中，远程控制指挥中心和多台消防机器人组建为异地局域网，远程控制指挥中心为主机，多台消防机器人为从机。
15.根据权利要求11或12所述的消防机器人系统，其中：
消防机器人，被配置为基于从激光雷达获取的激光雷达数据建立点云地图，其中，激光雷达设置于消防机器人。
16.根据权利要求15所述的消防机器人系统，其中：
消防机器人，被配置为在按照自身规划的最优路径前进的情况下，采集传感器数据，其中，所述传感器包括激光雷达、惯性测量单元和全球导航卫星系统实时动态定位系统；获取消防机器人底盘和传感器的位置变换数据；加载先验地图；根据传感器数据、先验地图和位置变换数据，确定消防机器人的位置；采用全局路径规划和局部路径规划方式，实现机器人导航中的最优路径规划；根据最优路径，控制消防机器人底盘的线速度和转动角度，进而控制消防机器人运动。
17.根据权利要求13所述的消防机器人系统，其中：
消防机器人集群，被配置为在起始位置到火场的过程中，确立参考点；
每个消防机器人，被配置为通过编队队形以及与邻近机器人的相对位姿，确定自身的下一步动作。
18.根据权利要求17所述的消防机器人系统，其中：
所述编队队形为三角形、圆形和扇形中的任一种；
消防机器人集群，被配置为在确立参考点的情况下，采用中心参考、领航者消防机器人参考、邻近消防机器人参考中的任一种方式确立参考点，其中，中心参考为各个消防机器人将编队队形的中心作为参考点，领航者消防机器人参考为跟随者消防机器人将领航者消防机器人的位置作为参考点，邻近消防机器人为每个消防机器人将与该消防机器人邻近的消防机器人的位置作为参考点。
19.根据权利要求17所述的消防机器人系统，其中：
消防机器人集群，被配置为在编队队形为三角形的情况，设定该三角形为等边三角形；根据三角形的边长确定三角形的高；根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
20.根据权利要求17所述的消防机器人系统，其中：
消防机器人集群，被配置为对于编队队形扇形的情况，设定扇形圆心与两个跟随者消防机器人形成的三角形为等边三角形；根据三角形的边长确定三角形的高；根据三角形的高、领航者消防机器人的坐标位置，确定两个跟随者消防机器人的坐标位置。
21.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-10中任一项所述的多台消防机器人定位与协同灭火方法。
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