CN110815220A - 一种消防机器人的遇障处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防机器人的遇障处理方法，包括如下步骤：行驶障碍检测：在机器人自动行驶过程中，检测行驶前方是否存在行驶障碍，当检测到具有行驶障碍时，获取所述行驶障碍的尺寸信息；行驶障碍应对：当所述行驶障碍的尺寸超过预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述尺寸信息发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。本发明中的这种消防机器人的遇障处理方法，其可以很好地识别并判断是否能安全地通过并及时刹车和报警，使得机器人在遇到障碍物时自身的安全可以得到很好地保障。

Description

一种消防机器人的遇障处理方法

技术领域

本发明涉及消防救援设备，尤其是一种消防机器人的遇障处理方法。

背景技术

消防员在高危火场等事故现场救援或勘察中存在许多劣势，消防机器人应运而生，其可以替代消防人员在***实现多种功能，例如可以进入火灾现场侦察是否有幸存者，有些机器人还带有消防水带用于灭火。

然而，火灾等场景下现场环境极其恶劣，尤其是地面或空间内存在很多障碍物这对机器人的越障性能和避障能力提出了巨大挑战，现有的一类消防机器人为履带式的，由于其具有较佳的越障和稳定性能而广受欢迎，现有技术中也对这类机器人做了很多结构上的改进。但是，由于受灾现场的路面情况复杂，机器人在前进的过程中往往需要多次越障，但是现有的机器人虽然在结构方面做出了很多改进，使得其消防性能得到加强，但是对于机器人在进入现场遇到障碍物之后如何更加科学地处理，以避免不必要的伤害，使得机器人在进入四处都是障碍的危险区域后自身的安全得以保证的方法研究较少。而且由于消防机器人属于较为贵重的特种设备，无论是生产制造还是购买的难度和成本都是比较高的，因此需要一种消防机器人的科学遇障处理方法，使得在保证机器人自身安全的前提下，发挥足够的作用来支援消防行动，充分利用其价值。

发明内容

本发明目的在于针对上述背景技术中存在的问题，提供一种消防机器人的遇障处理方法，其可以很好地识别并判断是否能安全地通过并及时刹车和报警，使得机器人在遇到障碍物时自身的安全可以得到很好地保障。

为了达到上述目的，本发明的技术方案有：

一种消防机器人的遇障处理方法，包括如下步骤：

行驶障碍检测：在机器人自动行驶过程中，检测行驶前方是否存在行驶障碍，当检测到具有行驶障碍时，获取所述行驶障碍的尺寸信息；

行驶障碍应对：当所述行驶障碍的尺寸超过预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述尺寸信息发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

进一步地，所述行驶障碍包括凸起障碍和凹陷障碍，所述凸起障碍为高于机器人正在行驶路面的障碍，所述凹陷障碍为低于机器人正在行驶路面的障碍。

进一步地，所述行驶障碍应对步骤包括以下步骤：

当所述行驶障碍为凸起障碍时，获取所述凸起障碍的高度、正对机器人一面的倾斜角度、正对机器人的宽度；当所述高度、倾斜角度和宽度均小于预设的安全值时，继续行驶并从所述凸起障碍上方通过；当所述高度、倾斜角度或宽度大于预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述高度和倾斜角发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

进一步地，所述行驶障碍应对步骤包括以下步骤：

当所述行驶障碍为凹陷障碍时，获取所述凹陷障碍的深度或宽度；当所述深度或宽度小于预设的安全值时，继续行驶并跨越所述凹陷障碍；当所述宽度与深度均大于预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述宽度发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

进一步地，所述高度的安全值为45cm,所述倾斜角度的安全值为45°，所述宽度的安全值为机器人底盘履带的四分之三。

进一步地，所述深度的安全值为45cm，所述宽度的安全值为40cm，所述安全距离为10cm。

进一步地，所述指令包括下述指令中的一种或任意组合：重新规划路线行驶、采用手动控制方式控制机器人行驶、关机。

进一步地，所述行驶障碍的尺寸通过安装在机器人上的超声波雷达组来获取，所述超声波雷达组包括安装于机器人前端的多个超声波雷达。

进一步地，在机器人的控制模块内导入地图，并设置起点与终点，所述机器人初次行走时采用自动驾驶的方式从起点向终点行驶。

进一步地，还包括如下步骤：记录机器人的行驶轨迹，所述行驶轨迹可供下一台机器人通过时直接调用并沿所述行驶轨迹行驶。

本发明的一种消防机器人的遇障处理方法，在机器人行驶时可以检测前方的行驶障碍物，并获取行驶障碍的尺寸与自身可以通过的安全值比对，只有确定自身可以通过障碍时才会继续行驶，否则就会及时刹车，避免行驶障碍与机器人发生碰撞或机器人掉落卡住等情况。而且会将该无法通过的障碍物的尺寸信息发送到指挥台，指挥台进一步判断之后做出合适的指令后才会执行指令动作。本遇障处理方法相较于现有的行驶方法，从机器人自身的安全出发，保证了机器人在遇到行驶障碍之后可以科学判断，及时刹车，保障了机器人不受损坏，可以很好地降低机器人损坏率和维修频次，减少使用成本。

附图说明

图1为本发明的一种消防机器人的遇障处理方法的实施例一的流程图；

图2为本发明的一种消防机器人的遇障处理方法的实施例二的流程图；

图3为本发明的一种消防机器人的遇障处理方法的实施例三的流程图；

具体实施方式

结合附图说明对本发明的一种消防机器人的遇障处理方法进行详细的描述，以对本发明的保护范围进行解释和说明。

实施例一

如图1所示为本发明实施例一的一种消防机器人的遇障处理方法，包括如下步骤：

行驶障碍检测：在机器人自动行驶过程中，检测行驶前方是否存在行驶障碍，当检测到具有行驶障碍时，获取所述行驶障碍的尺寸信息；

行驶障碍应对：当所述行驶障碍的尺寸超过预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述尺寸信息发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

指挥台的指令可以根据实际情况做出多种，例如下述指令中的一种或任意组合：重新规划路线行驶、采用手动控制方式控制机器人行驶、关机。

在机器人自动行驶过程中首先检测是否存在行驶障碍，判断可能会对正常行驶造成的影响，当存在行驶障碍时，需要先获取该行驶障碍的尺寸信息，只有在行驶障碍的尺寸信息在机器人自身预设的安全值内时才会考虑越障，在安全值内意味着在机器人的处理能力之内，机器人可以克服这一障碍，此时机器人在跨越行驶障碍时不会对自身的安全造成影响。但一旦发现行驶障碍的尺寸在安全值之外，即机器人自身无法处理时，机器人不会强行通过，而是与行驶障碍保持安全距离并且停车，还会将行驶障碍的尺寸数据发送到后方的指挥台处，交给指挥台判断，并根据实际情况下达指令，再执行指令。

其中，预设的安全值就是在机器人当中预先设置的，机器人一般可以克服的最大值，这一安全值可能是根据以往的实验得出，也有可能是根据计算得出，是保证机器人安全的一个阈值。安全距离是指预设的机器人距离某物的一段距离，这一段距离可以使机器人不受障碍物的影响。

关于指挥台可能发出的指令，由于指挥台可以得到的信息一般而言较为充足，因此可以综合其它信息(例如天气状况、地图信息、视频图像等)来做出更加合理灵活的指令，该指令可能是重新规划路线行驶，让机器人绕过该行驶障碍；也有可能是采用手动的方式，在机器人的最大承受范围内穿越该行驶障碍；此外，若碰到前后路况在机器人到达行驶障碍后路况又发生变化、情况变复杂、机器人无法自行处理的情况，也可以让机器人原地关机待命，等待原路返回，或等待消防员或者其它设备来接机器人回去。通过这一方法，消防机器人在遇见行驶障碍时，不会强行处理无法处理的行驶障碍，通过及时刹车和等待指挥台指令，不会使得自身置于非常危险的境地，从而保证了机器人自身的安全，延长了使用寿命，从而能够更好地发挥自身的消防价值。

实施例二

在图2中显示了本发明中一种消防机器人的遇障处理方法第二个实施例的流程图，在实施例一的基础上做了进一步地细化，将障碍物划分种类并分别应对，其包括如下步骤：

行驶障碍检测：在机器人自动行驶过程中，检测行驶前方是否存在行驶障碍，当检测到具有行驶障碍时，获取所述行驶障碍的尺寸信息。

行驶障碍种类划分：将所述行驶障碍主要划分为凸起障碍和凹陷障碍，所述凸起障碍为高于机器人正在行驶路面的障碍，所述凹陷障碍为低于机器人正在行驶路面的障碍；

行驶障碍应对：

当所述行驶障碍为凸起障碍时，获取所述凸起障碍的高度、正对机器人一面的倾斜角度、正对机器人的宽度；当所述高度、倾斜角度和宽度均小于预设的安全值时，继续行驶并从所述凸起障碍上方通过；当所述高度、倾斜角度或宽度大于预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述高度和倾斜角发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

当所述行驶障碍为凹陷障碍时，获取所述凹陷障碍的深度或宽度；当所述深度或宽度小于预设的安全值时，继续行驶并跨越所述凹陷障碍；当所述宽度与深度均大于预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述宽度发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

指挥台的指令可以根据实际情况做出多种，例如下述指令中的一种或任意组合：重新规划路线行驶、采用手动控制方式控制机器人行驶、关机。

将障碍物划分为凸起障碍和凹陷障碍的这种方式具有良好的普适性，将行驶障碍的类型、形状等其它特性弱化，只以其相对于机器人正在行驶的路面这一参照物是更高还是更低来作为判断标准，可以涵盖住绝大多数的障碍物，在实际操作中通过这一判断标准就可以对障碍物分类并进行下一步的分类处理应对策略。

对于凸起障碍而言，克服它继续行驶前进的方式就是从其上翻越过去，那么对于机器人而言实现翻越这一动作，需要着重考虑几个因素：凸起障碍的高度、正对机器人一面的倾斜角度、正对机器人的宽度。凸起障碍的高度意味着其有多高，机器人能否爬上去；机器人在上坡时，机器人可以顺利上去的角度具有限制，那么凸起障碍正对机器人的一面的倾斜角度也是决定机器人能否顺利翻越的重要因素；而且机器人具有一定的宽度，其重心一般分布在中间的位置，若是障碍物太窄，那么机器人即使勉强爬到其上也会因为重心不稳而摔落。只要这几个因素有一个不能满足在预设的安全值之内，机器人很可能就无法克服，使得无法成功翻越该凸起障碍。此外，这几个因素均是从凸起障碍的尺寸对机器人在翻越过程中可能造成影响出发的，还有其它相同目的的尺寸方面的考虑应该也属于本发明的思路和保护范围内。在无法翻越时，机器人会在安全距离外刹车，机器人在安全距离之外停车时，将检测到的凸起障碍的高度、倾斜角度和宽度等都发送到指挥台，指挥台判断具体情况之后向机器人下达指令，机器人收到指令之后再执行指令即可。整个过程不会强行翻越凸起障碍，更加保证机器人的安全。

对于凹陷障碍而言，根据其深度和宽度的不同会出现几种情况：一、在宽度小于安全值的前提下，深度也大于安全值时表现为深沟，深度小于安全值时表现为浅沟，此时机器人都可以跨过，因为凹陷的深浅不影响其行驶。二、在宽度大于安全值的前提下，深度也大于安全值时表现为悬崖式凹陷障碍，此时机器人无法顺利通过，会掉落入悬崖中；深度小于安全值时，表现为宽槽的形式，机器人可以直接从宽槽的一侧驶入，再从另一侧爬上去，不影响机器人的行驶。

作为上述实施例的优选实施方式，本发明中的机器人优选为履带式机器人，机器人在控制模块的控制下或在接收来自指挥台的指令后，控制机器人上的驱动组件实现与驱动组件相连的履带转动，从而实现机器人的行驶运动控制。履带式机器人具有行动平稳、适用路况多等优点，在越障时具备较大的优势。本发明通过大量实验得出了安全值的较佳值，其中，所述高度的安全值为45cm,所述倾斜角度的安全值为45°，所述宽度的安全值为机器人底盘履带的四分之三。所述深度的安全值为45cm，所述宽度的安全值为40cm。安全距离优选为10cm。这些数据是基于大量实验得出，可以适用于现有的大部分履带式消防机器人，保证其安全的翻越或跨越行驶障碍。

作为上述实施例中实现行驶障碍的尺寸获取的一种优选实施方式，本实施例中通过安装在机器人上的超声波雷达组来获取，所述超声波雷达组包括安装于机器人前端的多个超声波雷达。超声波雷达是一种常见的传感器，其可以通过超声波发射装置向外发出超声波，通过接收器接收到发送过来超声波时的时间差来测算距离，一般而言，频率越高灵敏度越高，还具有防水防尘、精度高的优点。在机器人上配备超声波雷达组，可以将机器人前方的行驶障碍的尺寸精准的反应出来。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，通过无线通信模块实现机器人与后台的通讯与数据传输，此处的无线通信模块可以选用本领域常用的通信模块，例如蓝牙模块、wifi模块、4G模块、lora通信模块等，其中信号传输时选择的优先级顺序为：数字数据优选lora通信模块，视频图像优选wifi模块。机器人在行驶过程中需要将获取的实时间距、视频图像等信息传输给后台，后台也需要将指令传达给机器人，采用无线通信模块比有线传输更加方便，且现有的各种无线传输技术已经具备相当的稳定性，可以达到所需的通讯和数据传输要求。

作为上述实施例中机器人优选地行驶方式，在机器人的控制模块内导入地图，并设置起点与终点，所述机器人初次行走时采用自动驾驶的方式从起点向终点行驶。自动驾驶可以减轻指挥台的工作量，实现最大化的自动救援，提高救援任务，只有在遇上自动行驶无法处理的事项时才会采用人工控制驾驶。

实施例三

如图3为本发明实施例3中的一种消防机器人的遇障处理方法第二个实施例的方法的流程图，包括如下步骤：

行驶障碍检测：在机器人自动行驶过程中，检测行驶前方是否存在行驶障碍，当检测到具有行驶障碍时，获取所述行驶障碍的尺寸信息；

行驶障碍应对：当所述行驶障碍的尺寸超过预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述尺寸信息发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动；

记录本台机器人的行驶轨迹，所述行驶轨迹可供下一台机器人通过时直接调用并沿所述行驶轨迹行驶。

机器人的行驶轨迹会被记录下来，所述行驶轨迹可供下一台机器人通过时直接调用并沿所述行驶轨迹行驶。在实际使用机器人的场景中，一台机器人很多情况下是无法完成所有任务的，需要多台机器人配合，因此当第一台机器人顺利通过之后，将其行驶的轨迹记录下来，下一台机器人就可以直接按照这一轨迹通过，特别是前一台机器人经过手动控制通过的情况下，后一台机器人无需再次切换为手动控制，可以直接沿着前一台机器人的轨迹自动行驶即可，提高了多台机器人通过统一路线时的效率，节省出宝贵的救援时间。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

行驶障碍检测：在机器人自动行驶过程中，检测行驶前方是否存在行驶障碍，当检测到具有行驶障碍时，获取所述行驶障碍的尺寸信息；

行驶障碍应对：当所述行驶障碍的尺寸超过预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述尺寸信息发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

2.根据权利要求1所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，所述行驶障碍包括凸起障碍和凹陷障碍，所述凸起障碍为高于机器人正在行驶路面的障碍，所述凹陷障碍为低于机器人正在行驶路面的障碍。

3.根据权利要求2所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，所述行驶障碍应对步骤包括以下步骤：

当所述行驶障碍为凸起障碍时，获取所述凸起障碍的高度、正对机器人一面的倾斜角度、正对机器人的宽度；当所述高度、倾斜角度和宽度均小于预设的安全值时，继续行驶并从所述凸起障碍上方通过；当所述高度、倾斜角度或宽度大于预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述高度和倾斜角发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

4.根据权利要求2所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，所述行驶障碍应对步骤包括以下步骤：

当所述行驶障碍为凹陷障碍时，获取所述凹陷障碍的深度或宽度；当所述深度或宽度小于预设的安全值时，继续行驶并跨越所述凹陷障碍；当所述宽度与深度均大于预设的安全值时，在与所述行驶障碍的安全距离外刹车，并将所述宽度发送至指挥台，待收到指挥台对下一步行动的指令后执行所述指令对应的行动。

5.根据权利要求3所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，所述高度的安全值为45cm,所述倾斜角度的安全值为45°，所述宽度的安全值为机器人底盘履带的四分之三。

6.根据权利要求4所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，所述深度的安全值为45cm，所述宽度的安全值为40cm，所述安全距离为10cm。

7.根据权利要求1所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，所述指令包括下述指令中的一种或任意组合：重新规划路线行驶、采用手动控制方式控制机器人行驶、原路返回和关机。

8.根据权利要求1所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，所述行驶障碍的尺寸通过安装在机器人上的超声波雷达组来获取，所述超声波雷达组包括安装于机器人前端的多个超声波雷达。

9.根据权利要求1所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，在机器人的控制模块内导入地图，并设置起点与终点，所述机器人初次行走时采用自动驾驶的方式从起点向终点行驶。

10.根据权利要求1所述的消防机器人的遇障处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：记录机器人的行驶轨迹，所述行驶轨迹可供下一台机器人通过时直接调用并沿所述行驶轨迹行驶。

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