CN117631659A - 一种察打一体消防机器人行为决策方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种察打一体消防机器人行为决策方法，属于消防机器人技术领域，该察打一体消防机器人行为决策方法，包括以下步骤：S1、搭建具有无人驾驶功能的差动机器人，S2、在机器人上搭载基于双目视觉的远距离火源检测系统，S3、在机器人上搭载基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统，S4、在机器人上搭载电控灭火装置，S5、设计并在机器人上部署察打一体策略。该察打一体消防机器人行为决策方法，可以利用基于可见光双目视觉火源检测方案活动部件少、检测速度快的优势，也可以避免现有基于双目视觉的自动巡检消防机器人误检率高导致的灭火装置误启动问题，从而实现察打一体的自动消防巡检。
Description
技术领域
本发明涉及消防机器人技术领域，具体为一种察打一体消防机器人行为决策方法。
背景技术
消防机器人是一种能够降低火灾风险的重要设备，早期的消防机器人通常是视距遥控或远程遥控的半自动机器人(CN103706071A；CN 111481862B；CN205287342U；CN206762078U)，这种机器人需要工作人员操作，无法实现自动巡检，随着自动化技术的发展，逐渐出现了具有自动巡检功能的消防机器人，自动巡检消防机器人包含两部分关键技术，一部分是无人驾驶技术，另一部分是火源检测技术，由于无人驾驶车辆等移动装备的无人驾驶技术的迅速发展，无人驾驶技术已经不再是自动巡检消防机器人面临的技术瓶颈，而火源检测技术则还有较多需要解决的问题，在现有的具有自动巡检功能的消防机器人中，一些消防机器人未公开火源检测方案(CN105096507B；CN114129941A；CN111481865A；CN202113524U；CN206792856U；CN209900500U)，一些消防机器人采用火焰传感器和测距仪检测火源位置(李彬,陈帝伊,马孝义.智能灭火机器人系统的设计与实现[J].机械与电子,2010(1):57-61；李小燕,陈帝伊,马孝义.智能灭火机器人的设计与实现[J].电子设计工程,2010,18(3):51-54.CN107115613A；CN110812742A；CN112911157A；CN114792339A；CN202654580U；CN212880710U；CN214277903U；CN216246838U)，其中火焰传感器可能是相机、红外热像仪、红外测温仪等，测距仪可能是激光测距仪、红外测距仪、超声测距仪等，由于明火是一种等离子体，测距仪通常很难测得等离子体的准确距离，因此这种检测方案也很难得到火源的精确位置，一些消防机器人采用转动红外热像仪以检测火源相对消防机器人的方位角的火源检测方案(CN111599129A；CN111617414A；CN113521616A；CN111617415A；CN112911157A；CN205182046U；CN214025693U；CN216803447U)，这种检测方案的缺点是活动部件较多、转动控制精度要求较高，在消防作业等恶劣条件下容易发生故障，还有一些消防机器人在这个检测方案的基础上增加了双目视觉以测量火源相对机器人的距离(CN111443711A；CN111599129A)，这种方案也具有部件较多、转动控制精度要求较高的问题，一些消防机器人直接采用双目视觉测量火源位置(LiG,LuG,YanY.Firedetectionusingstereoscopicimagingandimag eprocessingtechniques[C]//2014IEEEInternationalConferenceon ImagingSystemsandTechniques(IST)Proceedings.Santorini,Greec e,2014:28-32；CN105261029A；CN110201333A；CN110180114A；CN111408089A；CN113413564A；CN114200471A；CN114432635A；CN212439798U)，其中双目相机可能全部是可见光相机，可能全部是红外热像仪，也可能一个是可见光相机而另一个是红外热像仪，这种检测方案的缺点主要是两个相机距离较近导致在火源较远时难以测得精确的火源位置，为解决该问题，出现了一种三角测距法，该检测方案也是基于双目视觉原理，具体而言，即机器人在发现火源后先测量火源的方位角，然后机器人向前行驶一段距离后再次测量火源的方位角，根据三角函数计算火源的位置(CN105954718A；CN113819881A)，这种检测方案可以测得较远处火源的精确位置，但是检测速度较慢，机器人无法及时对火情进行响应，总而言之，采用双目视觉的火源检测方案具有活动部件少、检测速度快等优势，但双目相机全部采用可见光相机的检测方案存在误检率高的问题，采用红外热像仪的检测方案存在视野范围小的问题。
发明内容
本发明提供的发明目的在于提供一种察打一体消防机器人行为决策方法。该察打一体消防机器人行为决策方法，可以利用基于可见光双目视觉火源检测方案活动部件少、检测速度快的优势，也可以避免现有基于双目视觉的自动巡检消防机器人误检率高导致的灭火装置误启动问题，从而实现察打一体的自动消防巡检。
为了实现上述效果，本发明提供如下技术方案：一种察打一体消防机器人行为决策方法，包括以下步骤：
S1、搭建具有无人驾驶功能的差动机器人。
S2、在机器人上搭载基于双目视觉的远距离火源检测系统。
S3、在机器人上搭载基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统。
S4、在机器人上搭载电控灭火装置。
S5、设计并在机器人上部署察打一体策略。
根据S5中的操作步骤，包括如下步骤，
S501、初始化，虚假火源位置标记为极远值，火源路径规划系数为零。
S502、远距离火源检测系统判断是否存在火源，若否，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若是，执行第三步。
S503、判断火源位置是否与已标记的虚假火源位置重合，若是，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若否，向指挥中心报告火警以及火源位置，并执行第四步。
S504、判断机器人与火源位置之间的距离是否小于电控灭火装置的工作距离，若否，执行第五步，若是，近距离火源确认系统开机，火源路径规划次数归零，火源确认系统执行火源确认算法，即近距离火源确认系统判断是否存在火源，若否，火源确认工控机向机器人工控机发送信号，并向指挥中心报告取消火警消息，由指挥中心派遣工作人员进行核实，标记虚假火源在全局坐标系中的位置，机器人转回巡检算法，若是，电控灭火装置启动，进一步地，虚假火源信息来源可以由工作人员消除。
S505、判断火源路径规划次数是否为零，若是，执行火源抵近算法，火源路径规划次数置为一，然后执行第四步，若否，执行路径跟踪算法，然后执行第四步，火源抵近算法包括路径规划算法和路径跟踪控制算法，路径规划算法首先采用A*算法规划机器人当前位置与火源位置之间的参考路径，然后采用贝塞尔曲线平滑算法对参考路径进行平滑，保存规划获得的参考路径为全局变量，路径跟踪控制算法采用纯跟踪算法，控制机器人沿着参考路径向火源位置行驶，路径规划算法和路径跟踪控制算法也可以采用其他先进算法。
进一步的，根据S1中的操作步骤，所述具有无人驾驶功能的差动机器人由履带式或轮式差动机器人底盘、工控机、激光雷达、GPS与IMU组成。
进一步的，根据S1中的操作步骤，所述无人驾驶差动机器人具有防爆功能。
进一步的，根据S2中的操作步骤，所述基于双目视觉的远距离火源检测系统采用可见光相机作为双目视觉系统的传感器。
进一步的，根据S3中的操作步骤，所述基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统包括由温度传感器和火源确认工控机组成。
进一步的，根据S3中的操作步骤，所述温度传感器需具备较高的灵敏度与置信度，所述温度传感器由测温线与红外热像仪传感器组成的组合传感器。
进一步的，根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置是指采用电流与电压电信号激活的灭火装置。
进一步的，根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置应具备可移动与体积小的要求。
进一步的，根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置应设置多种灭火方式，可由工控机选择控制。
进一步的，根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置应具备角度调整与高度调整功能。
本发明提供了一种察打一体消防机器人行为决策方法，具备以下有益效果：该察打一体消防机器人行为决策方法，可以利用基于可见光双目视觉火源检测方案活动部件少、检测速度快的优势，也可以避免现有基于双目视觉的自动巡检消防机器人误检率高导致的灭火装置误启动问题，从而实现察打一体的自动消防巡检。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种察打一体自动消防巡检机器人的实施流程示意图；
图2为本发明实施例提供的察打一体策略流程图。
具体实施方式
本发明提供一种技术方案：请参阅图1－图2，一种察打一体消防机器人行为决策方法，包括以下步骤：
S1、搭建具有无人驾驶功能的差动机器人。
S2、在机器人上搭载基于双目视觉的远距离火源检测系统。
S3、在机器人上搭载基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统。
S4、在机器人上搭载电控灭火装置。
S5、设计并在机器人上部署察打一体策略。
根据S5中的操作步骤，包括如下步骤，
S501、初始化，虚假火源位置标记为极远值，火源路径规划系数为零。
S502、远距离火源检测系统判断是否存在火源，若否，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若是，执行第三步。
S503、判断火源位置是否与已标记的虚假火源位置重合，若是，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若否，向指挥中心报告火警以及火源位置，并执行第四步。
S504、判断机器人与火源位置之间的距离是否小于电控灭火装置的工作距离，若否，执行第五步，若是，近距离火源确认系统开机，火源路径规划次数归零，火源确认系统执行火源确认算法，即近距离火源确认系统判断是否存在火源，若否，火源确认工控机向机器人工控机发送信号，并向指挥中心报告取消火警消息，由指挥中心派遣工作人员进行核实，标记虚假火源在全局坐标系中的位置，机器人转回巡检算法，若是，电控灭火装置启动，进一步地，虚假火源信息来源可以由工作人员消除。
S505、判断火源路径规划次数是否为零，若是，执行火源抵近算法，火源路径规划次数置为一，然后执行第四步，若否，执行路径跟踪算法，然后执行第四步，火源抵近算法包括路径规划算法和路径跟踪控制算法，路径规划算法首先采用A*算法规划机器人当前位置与火源位置之间的参考路径，然后采用贝塞尔曲线平滑算法对参考路径进行平滑，保存规划获得的参考路径为全局变量，路径跟踪控制算法采用纯跟踪算法，控制机器人沿着参考路径向火源位置行驶，路径规划算法和路径跟踪控制算法也可以采用其他先进算法。
具体的，根据S1中的操作步骤，具有无人驾驶功能的差动机器人由履带式或轮式差动机器人底盘、工控机、激光雷达、GPS与IMU组成。
具体的，根据S1中的操作步骤，无人驾驶差动机器人具有防爆功能。
具体的，根据S2中的操作步骤，基于双目视觉的远距离火源检测系统采用可见光相机作为双目视觉系统的传感器。
具体的，根据S3中的操作步骤，基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统包括由温度传感器和火源确认工控机组成。
具体的，根据S3中的操作步骤，温度传感器需具备较高的灵敏度与置信度，温度传感器由测温线与红外热像仪传感器组成的组合传感器。
具体的，根据S4中的操作步骤，电控灭火装置是指采用电流与电压电信号激活的灭火装置。
具体的，根据S4中的操作步骤，电控灭火装置应具备可移动与体积小的要求。
具体的，根据S4中的操作步骤，电控灭火装置应设置多种灭火方式，可由工控机选择控制。
具体的，根据S4中的操作步骤，电控灭火装置应具备角度调整与高度调整功能。
实施例的方法进行检测分析，并与现有技术进行对照，得出如下数据：
| 精准度 | 响应速率 | 灭火效率 | |
| 实施例 | 较高 | 较高 | 较高 |
| 现有技术 | 较低 | 较低 | 较低 |
根据上述表格数据可以得出，当实施实施例时，通过本发明一种察打一体消防机器人行为决策方法，该察打一体消防机器人行为决策方法，可以利用基于可见光双目视觉火源检测方案活动部件少、检测速度快的优势，也可以避免现有基于双目视觉的自动巡检消防机器人误检率高导致的灭火装置误启动问题，从而实现察打一体的自动消防巡检。
本发明提供了一种察打一体消防机器人行为决策方法，包括以下步骤：S1、搭建具有无人驾驶功能的差动机器人，S2、在机器人上搭载基于双目视觉的远距离火源检测系统，S3、在机器人上搭载基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统，S4、在机器人上搭载电控灭火装置，S5、设计并在机器人上部署察打一体策略，电控灭火装置应设置多种灭火方式，可由工控机选择控制，电控灭火装置应具备角度调整与高度调整功能，根据S5中的操作步骤，包括如下步骤，S501、初始化，虚假火源位置标记为极远值，火源路径规划系数为零，S502、远距离火源检测系统判断是否存在火源，若否，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若是，执行第三步，S503、判断火源位置是否与已标记的虚假火源位置重合，若是，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若否，向指挥中心报告火警以及火源位置，并执行第四步，S504、判断机器人与火源位置之间的距离是否小于电控灭火装置的工作距离，若否，执行第五步，若是，近距离火源确认系统开机，火源路径规划次数归零，火源确认系统执行火源确认算法，即近距离火源确认系统判断是否存在火源，若否，火源确认工控机向机器人工控机发送信号，并向指挥中心报告取消火警消息，由指挥中心派遣工作人员进行核实，标记虚假火源在全局坐标系中的位置，机器人转回巡检算法，若是，电控灭火装置启动，进一步地，虚假火源信息来源可以由工作人员消除，S505、判断火源路径规划次数是否为零，若是，执行火源抵近算法，火源路径规划次数置为一，然后执行第四步，若否，执行路径跟踪算法，然后执行第四步，火源抵近算法包括路径规划算法和路径跟踪控制算法，路径规划算法首先采用A*算法规划机器人当前位置与火源位置之间的参考路径，然后采用贝塞尔曲线平滑算法对参考路径进行平滑，保存规划获得的参考路径为全局变量，路径跟踪控制算法采用纯跟踪算法，控制机器人沿着参考路径向火源位置行驶，路径规划算法和路径跟踪控制算法也可以采用其他先进算法，本发明所述的具有无人驾驶功能的差动机器人由履带式或轮式差动机器人底盘、工控机、激光雷达、GPS、IMU组成，上述无人驾驶机器人架构属于公开知识，无人驾驶差动机器人是本专利的实施基础，优选的，可采用具有防爆功能的无人驾驶差动机器人作为本专利的实施基础，以适应煤矿、化工厂、面粉厂等具有防爆要求的工作场合，本专利所述的基于双目视觉的远距离火源检测系统以双目视觉原理(LiG,LuG,YanY.Firedetectionusingstereosco picimagingandimageprocessingtechniques[C]//2014IEEEInternat ionalConferenceonImagingSystemsandTechniques(IST)Proceeding s.Santorini,Greece,2014:28-32)为基础，该原理是公开知识，此处不再赘述，双目视觉的具体实施可以采用基于深度学习的方法，该方法也是公开知识，此处不再赘述，为了增大远距离火源检测系统的视野范围，优选地，本专利采用可见光相机作为双目视觉系统的传感器，基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统包括由温度传感器和火源确认工控机组成，温度传感器需具备较高的灵敏度、置信度，可以是由测温线、红外热像仪等传感器组成的组合传感器，基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统是本专利的实施基础，本专利所述的电控灭火装置是指采用电流、电压等电信号激活的灭火装置，灭火装置应具备可移动、体积小等特征，电控灭火装置是本专利的实施基础。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、搭建具有无人驾驶功能的差动机器人；
S2、在机器人上搭载基于双目视觉的远距离火源检测系统；
S3、在机器人上搭载基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统；
S4、在机器人上搭载电控灭火装置；
S5、设计并在机器人上部署察打一体策略；
根据S5中的操作步骤，包括如下步骤，
S501、初始化，虚假火源位置标记为极远值，火源路径规划系数为零；
S502、远距离火源检测系统判断是否存在火源，若否，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若是，执行第三步；
S503、判断火源位置是否与已标记的虚假火源位置重合，若是，机器人继续执行巡检算法，沿着巡检路线自动行驶，若否，向指挥中心报告火警以及火源位置，并执行第四步；
S504、判断机器人与火源位置之间的距离是否小于电控灭火装置的工作距离，若否，执行第五步，若是，近距离火源确认系统开机，火源路径规划次数归零，火源确认系统执行火源确认算法，即近距离火源确认系统判断是否存在火源，若否，火源确认工控机向机器人工控机发送信号，并向指挥中心报告取消火警消息，由指挥中心派遣工作人员进行核实，标记虚假火源在全局坐标系中的位置，机器人转回巡检算法，若是，电控灭火装置启动，进一步地，虚假火源信息来源可以由工作人员消除；
S505、判断火源路径规划次数是否为零，若是，执行火源抵近算法，火源路径规划次数置为一，然后执行第四步，若否，执行路径跟踪算法，然后执行第四步，火源抵近算法包括路径规划算法和路径跟踪控制算法，路径规划算法首先采用A*算法规划机器人当前位置与火源位置之间的参考路径，然后采用贝塞尔曲线平滑算法对参考路径进行平滑，保存规划获得的参考路径为全局变量，路径跟踪控制算法采用纯跟踪算法，控制机器人沿着参考路径向火源位置行驶，路径规划算法和路径跟踪控制算法也可以采用其他先进算法。
2.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S1中的操作步骤，所述具有无人驾驶功能的差动机器人由履带式或轮式差动机器人底盘、工控机、激光雷达、GPS与IMU组成。
3.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S1中的操作步骤，所述无人驾驶差动机器人具有防爆功能。
4.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S2中的操作步骤，所述基于双目视觉的远距离火源检测系统采用可见光相机作为双目视觉系统的传感器。
5.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S3中的操作步骤，所述基于高灵敏度火源传感器的近距离火源确认系统包括由温度传感器和火源确认工控机组成。
6.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S3中的操作步骤，所述温度传感器需具备较高的灵敏度与置信度，所述温度传感器由测温线与红外热像仪传感器组成的组合传感器。
7.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置是指采用电流与电压电信号激活的灭火装置。
8.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置应具备可移动与体积小的要求。
9.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置应设置多种灭火方式，可由工控机选择控制。
10.据权利要求1所述的一种察打一体消防机器人行为决策方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S4中的操作步骤，所述电控灭火装置应具备角度调整与高度调整功能。
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