CN113663262B - 一种消防机器人道路智能识别指引控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防机器人道路智能识别指引控制***，包括动态采集单元、路况分析单元、模式匹配单元、数据存储单元、实时通信单元和控制单元；通过红外热成像仪获取热成像图像，在网格化处理和色值标记后确定出风险探查区域，快速得出按照优先级排序的路径序列并选取最优路径，随后，路况分析单元在对各种道路状况进行比对分析，确定消防机器人能否顺利通过前方道路，通过设置模式匹配单元，对消防机器人经过不同路况时的速度进行匹配，及时高效的解决消防机器人在行驶过程中遇到的问题，提高了侦查和搜救效率。

Description

一种消防机器人道路智能识别指引控制***

技术领域

本发明涉及一种识别控制***，具体为一种消防机器人道路智能识别指引控制***。

背景技术

消防机器人是一种代替消防官兵进入或靠近火场等危险环境，执行灭火、救援、侦察等任务的特种机器人。消防机器人的自动行驶功能，无论是在手动非视距内盲操场景，还是在全自动操控下的巡航场景，都有着广泛的应用场景。

消防机器人在进行火场侦查搜救过程中，会遭遇到比较恶劣的工作环境，行驶的道路往往会遇到比较多的障碍和状况，而消防机器人缺乏对于道路状况的主动识别分析并自行采取最优解决措施，这时候往往需要人为进行操作干预，这种情况反映不够及时有效，导致侦查和搜救效率低下，往往造成不可挽回的损失，为此，我们提供一种消防机器人道路智能识别指引控制***。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种消防机器人道路智能识别指引控制***。

本发明所解决的技术问题为：

(1)如何通过设置路况分析单元，利用红外热成像仪获取的热成像图像，对其进行处理后得出风险探查区域，并通过评估时间快速确定出最优路径。

(2)如何通过设置路况分析单元和模式匹配单元，针对消防机器人在行进过程中遇到的问题，对道路状态进行具体的分析，消防机器人根据路况的不同进行路线更换或者速度模式的匹配。

本发明可以通过以下技术方案实现：一种消防机器人道路智能识别指引控制***，包括动态采集单元、路况分析单元和模式匹配单元；

动态采集单元用于采集火场中的温度数据和道路状态影像并将其传输至数据存储单元，路况分析单元通过获取热成像图像进而对其进行分析得出风险探查区域，在确定路线后，路况分析单元对行进路线上的路况进行分析，同时模式匹配单元根据分析结果对不同路况的通过方式进行适应性匹配。

本发明的进一步技术改进在于：所述热成像图像由红外热成像仪进行采集，路况分析单元对热成像图像进行网格化处理，并对每个网格进行颜色比对和色值标记，将色值超过预设色值的区域标记为风险探查区域。

本发明的进一步技术改进在于：路况分析单元对采集的道路信息进行路况分析，确定消防机器人是否能够通过前方道路，当不能通过时，按照多个路线的优先级选取次于当前优先级的路线进行重新导航规划。

本发明的进一步技术改进在于：对于能够通过的道路，将道路影像数据与道路标准状态影像进行比对，从而确定前方道路的道路状态，并判断道路状态为积水道路时，对积水深度与消防机器人的最大涉水深度进行比较，当符合涉水条件时生成涉水通过信号。

本发明的进一步技术改进在于：路况分析单元将快速通过信号、低速通过信号和涉水通过信号传输至模式匹配单元，模式匹配单元根据接收到的不同信号对应的路况，对消防机器人通过对应路况的行驶速度进行分析控制。

本发明的进一步技术改进在于：模式匹配单通过水平测量仪测定的液面水平测量仪安装平面的夹角，对消防机器人当前处于上坡状态或下坡状态进行确认，同时计算出坡道上的分离，从而确定牵引力或制动力，进而对应调整电机驱动的工作功率。

本发明的进一步技术改进在于：模式匹配单元在消防机器人通过热流烘烤的通道时，先启动消防机器人上加载的自喷淋***进行外部喷淋，同时通过通道长度和允许通过时间得到最低通过速度。

本发明的进一步技术改进在于：消防机器人通过热流烘烤的通道若为障碍道路状态时，此时无法实现以最低通过速度行驶，则利用实时通信单元向控制单元发出请求指令向工作人员进行反馈，工作人员手动设定消防机器人的通过速度。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、通过红外热成像仪获取热成像图像，在网格化处理和色值标记后确定出风险探查区域，快速得出按照优先级排序的路径序列并选取最优路径，这种通过温度对应色值的标记能够在不了解当前火场内部火情的情况下较为精确的确定火情严重的区域，并快速选择路线接近该区域进行探查。

2、路况分析单元在对各种道路状况进行比对分析，确定消防机器人能否顺利通过前方道路，当道路中有积水时，通过伸缩探头探测积水深度，在系数的修正下得出计算积水深度，进而判断消防机器人是否能够顺利通过该路段，消防机器人自主识别道路状态并生成相关信号，降低了消防机器人在工作状态时的风险，提高了其使用寿命，且能够为后续的速度模式匹配提供数据支撑；

3、通过设置模式匹配单元，对消防机器人经过不同路况时的速度进行匹配，同时在经过高温路段时，为使消防机器人不会被高温损坏，设定出最低通过速度，当最低通过速度与允许通过速度发生冲突时，采用手动设定模式对速度进行控制，最大限度的减少高温对消防机器人的影响，同时使消防机器人在火场中继续工作。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的***框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1所示，一种消防机器人道路智能识别指引控制***，包括动态采集单元、路况分析单元、模式匹配单元、数据存储单元、实时通信单元和控制单元；

动态采集单元用于采集火场中的温度数据，温度数据表示消防机器人监测到的其周围一定范围内温度值，动态采集单元还通过摄像头采集前进方向上的道路状态，道路信息包括障碍道路状态、涉水道路状态、坡度道路状态以及道路宽度，环境采集单元将采集到的数据传输至数据存储单元中进行存储，数据存储单元中还预存有火场的地形图；

消防机器人在进行火情探查之前，先通过其上设置的红外热成像仪对整个火灾发生区域进行热成像，生成热成像图像，例如：工厂、楼宇等；

路况分析单元获取到热成像图像，将热成像图像进行网格化处理，并针对每个网格进行颜色比对和色值标记，将色值对应的温度高的区域标记为风险探查区域，随后从数据存储单元中调取火场的地形图，快速确定出通往风险探查区域的所有路径，并结合各个路径的水平位移和高度位移初步确定经过所有路径的花费时间，根据花费时间对所有路径进行优先级排序，并选定优先级等级最高的路线，消防机器人根据选定好的路线前往风险探查区域进行探查，所述的色值对应的温度高的区域表示色值在预设色值之上的区域；

数据存储单元预存有该消防机器人的规格数据，规格数据包括消防机器人的长度数据、宽度数据、高度数据和消防机器人的耐温数据，耐温数据表示消防机器人在对应温度下维持正常工作的时间对应关系表，数据存储单元中还存储有道路标准状态影像，道路标准状态影像的区分是根据不同道路路况的平整度进行的，道路标准状态影像包括积水道路状态影像、平整道路状态影像和障碍道路状态影像；

路况分析单元从数据存储单元中提取最新采集的道路信息并进行路况分析，具体步骤为：

步骤S1：道路信息为摄像头获取的道路影像数据，提取道路部分的像素点，然后在道路延伸的垂直方向上获取像素点的个数，根据对应方向上像素点的尺寸、个数以及变焦系数确定实际道路宽度数据和高度限制数据；

步骤S2：从数据存储单元中提取消防机器人的规格数据，并将步骤S1中的实际道路宽度数据和高度限制数据与规格数据进行比对，当实际道路宽度数据大于宽度数据且高度限制数据大于高度数据时，判定消防机器人可以通过前方道路，进入步骤S3；当实际道路宽度数据不超过宽度数据或高度限制数据不超过高度数据时，判定消防机器人不能顺利通过前方道路，从按照优先级进行排序的多个路线中选取仅次于当前选定优先级的路线并重新导航和路况分析；

步骤S3：通过道路影像数据与道路标准状态影像进行比对：

当道路影像数据与积水道路状态影像比对成功时，生成深度探测信号；

当道路影像数据与平整道路状态影像比对成功时，生成快速通过信号；

当道路影像数据与障碍道路状态影像比对成功时，生成低速通过信号；

步骤S4：当识别到深度探测信号时，通过消防机器人前端设置的可伸缩探头对积水深度进行获取，考虑到消防机器人进入后对积水深度产生的变化，预设一个深度修正系数，且深度修正系数大于1.2，将积水深度与深度修正系数进行乘积运算得到计算积水深度，将计算积水深度与消防机器人的最大涉水深度进行比较，当计算积水深度大于等于最大涉水深度时，判定无法通过，对路线进行重新规划，当计算积水深度小于最大涉水深度时，判定可以通过，生成涉水通过信号；

路况分析单元将生成的快速通过信号、低速通过信号和涉水通过信号发送至模式匹配单元，模式匹配单元根据不同的路况对消防机器人的道路通过模式进行切换和匹配，具体为：

步骤一：在行驶过程中，消防机器人上安装有水平测量仪，所述水平测量仪为一根盛放有流动液体的密封玻璃管，当前进方向一端得到液面深度大于另一端，则表示当前为下坡段，反之则为上坡段，在上坡段或下坡段时，获取水平测量仪中流动液体的液面与水平测量仪安装平面的夹角，根据夹角和消防机器人自身重力计算出其坡道上的分力，根据其在坡道上的分力得出所需的牵引力或制动力，进而根据牵引力或制动力调整电机驱动的工作功率，使消防机器人在上坡和下坡的过程中尽可能保持匀速；

步骤二：当靠近火源发生地时，通道内的热流导致温度高，在通过对应通道前，消防机器人启动自喷淋***，对消防机器人的外部进行喷淋，喷淋时间为设定值，在喷淋的同时，通过采集的温度数据与对应温度下消防机器人维持正常工作的时间对应关系表进行匹配，得到此时消防机器人通过对应通道时的允许时间，并将其标记为允许通过时间，从路线图中确定出对应通道的长度，将通道的长度与允许通过时间进行比值运算，得出消防机器人的最低通过速度；

步骤三：当路况分析单元识别到涉水通过信号后，根据涉水深度设定涉水通过速度，且涉水深度与涉水通过速度呈反方向变化，在涉水过程中，通过调节驱动电机的输出功率保持涉水通过速度的波动值小于10％；

步骤四：在常温情况下，当识别到快速通过信号时，驱动电机满功率运行，使消防机器人高速通过前方道路，当识别到低速通过信号时，根据消防机器人上设置的振动传感器获取其振动频率数据，实时调节当前通过速度，使振动频率数据保持在振动频率限值以下，防止通过速度过快造成倾覆；

步骤五：在高温情况下，由于存在最低通过速度，在通过高温的障碍道路状态时，通过实时通信单元向控制单元发出请求指令，控制单元接收到对应的请求指令后，将请求指令中整合的最低通过速度和道路影像数据反馈至显示器上，工作人员手动设定通过速度并通过实时通信单元发送至模式匹配单元，则消防机器人按照工作人员手动设定的通过速度行驶。

本发明在使用时，先通过红外热成像仪对火灾发生区域进行热成像处理，对热成像图像进行网格化处理，进而进行颜色比对和色值标记，最终将温度高的区域标记为风险探查区域，通过火场地形图快速确定出通往风险探查区域的所有路径，并对经过所有路径的时间进行估算，然后排出优先级顺序，选定路线后，通过路况分析单元对需要通过的路段的路况进行分析，确定当前路况下消防机器人是否能够顺利通过，并将生成的深度探测信号、快速通过信号和低速通过信号发送至模式匹配单元，模式匹配单元根据不同的路况对消防机器人的道路通过模式进行匹配，在无法进行自主判断的时候，通过实时通信单元传输请求指令至工作人员，并通过工作人员进行速度设定，保证消防机器人能够在道路规划指引过程中针对各种不同情况适应性匹配调整。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种消防机器人道路智能识别指引控制***，其特征在于：包括动态采集单元、路况分析单元和模式匹配单元；

动态采集单元用于采集火场中的温度数据和道路状态影像并将其传输至数据存储单元，路况分析单元通过获取热成像图像进而对其进行分析得出风险探查区域，在确定路线后，路况分析单元对行进路线上的路况进行分析，对于能够通过的道路，将道路影像数据与道路标准状态影像进行比对，从而确定前方道路的道路状态，并判断道路状态为积水道路时，对积水深度与消防机器人的最大涉水深度进行比较，当符合涉水条件时生成涉水通过信号；

模式匹配单元根据分析结果对不同路况的通过方式进行适应性匹配，具体包括：通过水平测量仪测定的液面与水平测量仪安装平面的夹角，对消防机器人当前处于上坡状态或下坡状态进行确认，同时计算出坡道上的分力，从而确定牵引力或制动力，进而对应调整电机驱动的工作功率；在消防机器人通过热流烘烤的通道时，先启动消防机器人上加载的自喷淋***进行外部喷淋，同时通过通道长度和允许通过时间得到最低通过速度。

2.根据权利要求1所述的一种消防机器人道路智能识别指引控制***，其特征在于，所述热成像图像由红外热成像仪进行采集，路况分析单元对热成像图像进行网格化处理，并对每个网格进行颜色比对和色值标记，将色值超过预设色值的区域标记为风险探查区域。

3.根据权利要求1所述的一种消防机器人道路智能识别指引控制***，其特征在于，路况分析单元对采集的道路信息进行路况分析，确定消防机器人是否能够通过前方道路，当不能通过时，按照多个路线的优先级选取次于当前优先级的路线进行重新导航规划。

4.根据权利要求3所述的一种消防机器人道路智能识别指引控制***，其特征在于，路况分析单元将快速通过信号、低速通过信号和涉水通过信号传输至模式匹配单元，模式匹配单元根据接收到的不同信号对应的路况，对消防机器人通过对应路况的行驶速度进行分析控制。

5.根据权利要求1所述的一种消防机器人道路智能识别指引控制***，其特征在于，消防机器人通过热流烘烤的通道若为障碍道路状态时，此时无法实现以最低通过速度行驶，则利用实时通信单元向控制单元发出请求指令向工作人员进行反馈，工作人员手动设定消防机器人的通过速度。

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