本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法，屬于消防機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。發(fā)布目標(biāo)點(diǎn)位，機(jī)器人進(jìn)行自主SLAM探索，火源識別與定向，發(fā)現(xiàn)火源火源后，記錄機(jī)器人此時的位置與航向，獲取火源預(yù)警、火源溫度、火源在圖像中的面積大小與中心坐標(biāo)信息，并把預(yù)警信息發(fā)送到遠(yuǎn)程遙控終端；機(jī)器人繼續(xù)行走一段設(shè)定距離后進(jìn)行火源識別與定向，記錄在新位置的機(jī)器人位置與航向信息，獲取火源預(yù)警、火源溫度、火源在圖像中的面積大小與中心坐標(biāo)信息，并通過三角定位法計算火源中心的位置坐標(biāo)并將火源中心所在點(diǎn)的位置坐標(biāo)發(fā)送到遠(yuǎn)程遙控終端。本發(fā)明專利技術(shù)使得消防機(jī)器人在未知環(huán)境中進(jìn)行自主行走與越障，能實現(xiàn)自主火源尋找與滅火，具有良好的應(yīng)用前景。良好的應(yīng)用前景。良好的應(yīng)用前景。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法
[0001]本專利技術(shù)涉及消防機(jī)器人
，具體是一種未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法。
技術(shù)介紹
[0002]在一些火場滅火的場景中，出動消防員去進(jìn)行滅火都存在一定的危險性，一旦火情復(fù)雜很容易帶來一些意想不到的人員傷亡。特別是在一些化工園區(qū)與煤炭生產(chǎn)場合等，由于可能存在危險氣體或化學(xué)物品的泄露或爆炸風(fēng)險，消防人員接觸或暴露在這種環(huán)境中都會威脅到他們的身體健康與人身安全。開發(fā)能輔助或部分替代消防人員進(jìn)行消防滅火工作的消防滅火機(jī)器人，能有效減少消防隊員的傷亡并輔助消防隊員進(jìn)行滅火與火災(zāi)救援。
[0003]目前國內(nèi)外已開發(fā)了一些消防機(jī)器人產(chǎn)品，包括國內(nèi)JZX
?
GL/A消防偵察機(jī)器人、JMX
?
LT50型消防滅火機(jī)器人以及國外WALK
?
MAN人形消防機(jī)器人、Bear救援機(jī)器人等，都已在消防救援中得到實際應(yīng)用。但是，這些現(xiàn)有的消防機(jī)器人大多采用遙控方式，無論是在行走或火源尋找、滅火過程均過于依賴遠(yuǎn)程遙控人員的操作水平。
[0004]公布號為CN 107224692 A的專利文獻(xiàn)公開了一種輪式消防機(jī)器人自主瞄準(zhǔn)滅火方法。其包括通過視頻火焰檢測確定火源的重心，測量火源重心與機(jī)器人夾角，消防機(jī)器人任意移動一段距離，再次測量消防機(jī)器人與火源重心夾角，升高云臺一定到一定高度再次測量重心與機(jī)器人夾角，根據(jù)三角函數(shù)計算出火源重心在三維空間的位置，通過綜合控制移動消防機(jī)器人、消防炮的初速度和流量，使火源重心位于消防炮水射流的軌跡上達(dá)到精準(zhǔn)滅火的效果。所述消防機(jī)器人自主滅火系統(tǒng)包括滑移轉(zhuǎn)向移動平臺、CCD相機(jī)、可升降云臺系統(tǒng)、消防炮和控制系統(tǒng)。該專利技術(shù)通過自主瞄準(zhǔn)火源、對消防炮落點(diǎn)進(jìn)行控制實現(xiàn)自主滅火功能。但是，該專利技術(shù)是一種已知火源點(diǎn)的自主瞄準(zhǔn)方法，其無法進(jìn)行火源識別，從而無法實現(xiàn)在化工園區(qū)與煤炭生產(chǎn)場合等未知環(huán)境下自主探測、識別火源、定位火源并自主滅火，未能解決上述技術(shù)問題。
[0005]公布號為CN 105944270 A的專利文獻(xiàn)公開了一種自主瞄準(zhǔn)火源噴水滅火方法、滅火系統(tǒng)及消防機(jī)器人，所述滅火方法包括測得消防機(jī)器人在起始位置時的火源方向與消防機(jī)器人的移動路線之間的夾角、消防機(jī)器人在終點(diǎn)位置時的火源方向與消防機(jī)器人的移動路線之間的夾角以及消防機(jī)器人移動的距離，根據(jù)三角函數(shù)計算出消防機(jī)器人在起在終點(diǎn)位置時與火源的距離，根據(jù)火源距離與水炮仰角的關(guān)系式計算出水炮仰角，消防機(jī)器人根據(jù)計算出的火源距離和水炮仰角進(jìn)行發(fā)炮滅火，所述滅火系統(tǒng)包括熱成像儀、云臺系統(tǒng)、底盤伺服系統(tǒng)、伺服電控型消防水炮、電子水壓計和控制系統(tǒng)，所述消防機(jī)器人包括所述滅火系統(tǒng)。該專利技術(shù)通過自行瞄準(zhǔn)火源并配水滅火實現(xiàn)了自主滅火功能。但是，一方面，該專利技術(shù)同樣是在已知火源點(diǎn)的情況下進(jìn)行自主瞄準(zhǔn)，另一方面，該專利技術(shù)僅采用熱成像儀對火源位置進(jìn)行檢測，無法準(zhǔn)確識別火源，從而也無法解決上述技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0006]有鑒于此，本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供的一種能夠自主尋找火源、定位并滅火的未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采取的技術(shù)方案是：一種未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法，包括以下步驟：
[0008]步驟1：向消防機(jī)器人發(fā)布一個目標(biāo)滅火位置；
[0009]步驟2：消防機(jī)器人自主SLAM探索，并進(jìn)行火源識別與定位；
[0010]步驟3：消防機(jī)器人發(fā)現(xiàn)火源并定位火源后，記錄消防機(jī)器人當(dāng)前位置與航向，獲取火源預(yù)警、火源溫度、火源在圖像中的面積大小與中心坐標(biāo)信息，并把預(yù)警信息發(fā)送到遠(yuǎn)程遙控終端；
[0011]步驟4：消防機(jī)器人繼續(xù)行走一段設(shè)定距離后，再次進(jìn)行火源識別與定向，并記錄再次發(fā)現(xiàn)火源時的消防機(jī)器人位置與航向信息，獲取火源預(yù)警、火源溫度、火源在圖像中的面積大小與中心坐標(biāo)信息，通過三角定位法計算火源中心所在點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并將火源中心所在點(diǎn)的位置坐標(biāo)發(fā)送到遠(yuǎn)程遙控終端；
[0012]步驟5：利用三角定位法估算火源與消防機(jī)器人的距離，并判斷火源與消防機(jī)器人的距離是否小于水炮射程；
[0013]步驟6：若是，打開水炮供水，進(jìn)行滅火，若否，轉(zhuǎn)至步驟1，提示遙控操作人員重新發(fā)布目標(biāo)滅火位置。
[0014]進(jìn)一步的，基于室外激光雷達(dá)、高精度GPS定位系統(tǒng)與SLAM技術(shù)建立消防機(jī)器人動態(tài)導(dǎo)航與自主避障功能，使其能在未知環(huán)境中實現(xiàn)自主行走與避障。
[0015]進(jìn)一步的，三光復(fù)合火源探測傳感器搭載可見光、紅外光與紅外熱成像三種攝像頭，在火源識別的過程中，三個攝像頭同時獲取圖像，對可見光與紅外光攝像頭的圖像進(jìn)行識別與處理，并結(jié)合紅外熱成像圖像的處理技術(shù)實現(xiàn)火源識別與判定。
[0016]進(jìn)一步的，火源識別與定位的方法，包括以下步驟：
[0017]S1：控制水炮左右轉(zhuǎn)動并帶動其搭載的火源探測攝像頭同步轉(zhuǎn)動，使得三光復(fù)合火源探測傳感器能夠在消防機(jī)器人正前方180
°
范圍內(nèi)進(jìn)行火源探測；
[0018]S2：三光復(fù)合火源探測傳感器在同步得到三個攝像頭不同圖像的基礎(chǔ)上，首先對可見光攝像頭得到的RGB彩色圖像與紅外光攝像頭得到的紅外光譜彩色圖像進(jìn)行對比，當(dāng)在兩種圖像上發(fā)現(xiàn)同時滿足可見光對應(yīng)的火源特征模板與紅外光對應(yīng)的火源特征模板的匹配要求時，初步判斷該區(qū)域為疑似火源區(qū)域，并進(jìn)行定位此區(qū)域；
[0019]S3：針對疑似火源區(qū)域進(jìn)一步根據(jù)設(shè)定的溫度閾值對同時刻的紅外熱像圖進(jìn)行判斷，此區(qū)域的平均溫度達(dá)到或超過設(shè)定溫度閾值則判定其為火源區(qū)域；
[0020]S4：停止水炮轉(zhuǎn)動并給出火源警報信息；
[0021]S5：通過圖像切割從紅外熱像圖中分割出高溫區(qū)域，提取出該區(qū)域的邊界進(jìn)行像素點(diǎn)計算，得到火源區(qū)域的像素點(diǎn)面積特征與中心位置；
[0022]S6：使水炮指向火源區(qū)域中心位置，通過水炮反饋的位置信息和機(jī)器人實時航向信息來確定火源方向。
[0023]進(jìn)一步的，火源與消防機(jī)器人的距離估算方法：
[0024]假設(shè)火源中心位置用點(diǎn)F(X
f
,Y
f
)表示，機(jī)器人首先在點(diǎn)A(X
a
,Y
a
)位置對火源識別
并確定火源方向，然后在點(diǎn)B(X
b
,Y
b
)位置再次進(jìn)行火源識別和定向，以此構(gòu)造一個定位三角形；其中，點(diǎn)A和點(diǎn)B在全局地圖中的坐標(biāo)已知，角度θ為線段AB與Y軸的夾角，從而能夠確定線段AB的長度l和θ的值，可表示為
[0025][0026][0027]首先獲得GPS定位系統(tǒng)來得到消防機(jī)器人航向角與水炮反饋的炮管相對于消防機(jī)器人航向的轉(zhuǎn)角，由此兩個角度可計算出機(jī)器人分別在點(diǎn)A和點(diǎn)B位置時炮管與Y軸之間的夾角θ
a
和θ
b
的值，進(jìn)一步可計算出
△
ABF中的三個內(nèi)角∠A、∠B與∠F，如式(3)～(5)所示：
[0028][0029]∠A＝θ
a...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：向消防機(jī)器人發(fā)布一個目標(biāo)滅火位置；步驟2：消防機(jī)器人自主SLAM探索，并進(jìn)行火源識別與定位；步驟3：消防機(jī)器人發(fā)現(xiàn)火源并定位火源后，記錄消防機(jī)器人當(dāng)前位置與航向，獲取火源預(yù)警、火源溫度、火源在圖像中的面積大小與中心坐標(biāo)信息，并把預(yù)警信息發(fā)送到遠(yuǎn)程遙控終端；步驟4：消防機(jī)器人繼續(xù)行走一段設(shè)定距離后，再次進(jìn)行火源識別與定向，并記錄再次發(fā)現(xiàn)火源時的消防機(jī)器人位置與航向信息，獲取火源預(yù)警、火源溫度、火源在圖像中的面積大小與中心坐標(biāo)信息，通過三角定位法計算火源中心所在點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并將火源中心所在點(diǎn)的位置坐標(biāo)發(fā)送到遠(yuǎn)程遙控終端；步驟5：利用三角定位法估算火源與消防機(jī)器人的距離，并判斷火源與消防機(jī)器人的距離是否小于水炮射程；步驟6：若是，打開水炮供水，進(jìn)行滅火，若否，轉(zhuǎn)至步驟1，提示遙控操作人員重新發(fā)布目標(biāo)滅火位置。2.如權(quán)利要求1所述的未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法，其特征在于：基于室外激光雷達(dá)、高精度GPS定位系統(tǒng)與SLAM技術(shù)建立消防機(jī)器人動態(tài)導(dǎo)航與自主避障功能，使其能在未知環(huán)境中實現(xiàn)自主行走與避障。3.如權(quán)利要求2所述的未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法，其特征在于：三光復(fù)合火源探測傳感器搭載可見光、紅外光與紅外熱成像三種攝像頭，在火源識別的過程中，三個攝像頭同時獲取圖像，對可見光與紅外光攝像頭的圖像進(jìn)行識別與處理，并結(jié)合紅外熱成像圖像的處理技術(shù)實現(xiàn)火源識別與判定。4.如權(quán)利要求3所述的未知環(huán)境下的消防機(jī)器人自主滅火方法，其特征在于：火源識別與定位的方法，包括以下步驟：S1：控制水炮左右轉(zhuǎn)動并帶動其搭載的火源探測攝像頭同步轉(zhuǎn)動，使得三光復(fù)合火源探測傳感器能夠在消防機(jī)器人正前方180
°
范圍內(nèi)進(jìn)行火源探測；S2：三光復(fù)合火源探測傳感器在同步得到三個攝像頭不同圖像的基礎(chǔ)上，首先對可見光攝像頭得到的RGB彩色圖像與紅外光攝像頭得到的紅外光譜彩色圖像進(jìn)行對比，當(dāng)在兩種圖像上發(fā)現(xiàn)同時滿足可見光對應(yīng)的火源特征模板與紅外光對應(yīng)的火源特征模板的匹配要求時，初步判斷該區(qū)域為疑似火源區(qū)域，并進(jìn)行定位此區(qū)域；S3：針對疑似火源區(qū)域進(jìn)一步根據(jù)設(shè)定的溫度閾值對同時刻的紅外熱像圖進(jìn)行判斷，此區(qū)域的平均溫度達(dá)到或超過設(shè)定溫度閾值則判定其為火源區(qū)域；S4：停止水炮轉(zhuǎn)動并給出火源警報信息；S5：通過圖像切割從紅外熱像圖中分割出高溫區(qū)域，提取出該區(qū)域的邊界進(jìn)行像素點(diǎn)計算，得到火源區(qū)域的像素點(diǎn)面積特征與中心位置；S6：使水炮指向火源區(qū)域中心位置，通過水炮反饋的位置信息和機(jī)器人實時航向信息來確定火源方向。5.如權(quán)利要求4所述的未知環(huán)境下的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李瑞，劉琦，顧?；?/a>，戴慎超，袁文正，張克富，潘強(qiáng)輝，
申請(專利權(quán))人：南陽中天防爆電氣股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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