[发明专利]一种灾后救援六足机器人自主探测系统及方法

说明书

本发明提供了一种灾后救援六足机器人自主探测系统及方法，涉及机器人技术应用领域，本系统包括控制模块、感知模块、执行模块以及监控模块；六足机器人采用改进人工势场法进行自主探测，在未检测到灾后伤员时，GPS与惯性测量单元设定值作为六足机器人移动的目标点；在检测到灾后伤员时，六足机器人更改传感器优先级，将灾后伤员位置作为六足机器人移动的目标点。六足机器人通过神经网络算法融合超声波与红外光电开关数据进而实现六足机器人的避障与越障，采用卡尔曼滤波算法融合GPS与惯性测量单元数据完成六足机器人的自主定位与导航，结合红外热释电传感器的合理布置完成对灾后伤员的感知与定位，实现六足机器人的自主探测功能。

技术领域

本发明涉及机器人技术应用领域，尤其涉及一种灾后救援六足机器人自主探测系统及方法。

背景技术

在世界各地，由于自然灾害、化学药品泄漏以及恐怖活动等原因，灾难时常发生。虽然人们对灾难的警觉和反应能力有所提高,但是灾难发生后由于灾难现场环境复杂，很多人往往死于不及时的救援。如果救援人员贸然进入现场实施救援,极易造成新的伤亡。所以灾难发生后第一时间若能获取现场情况，探明幸存者所在位置，对于之后实施进一步救援工作和减少人员伤亡具有重要的意义。将具有自主智能的救援机器人用于危险和复杂的灾难环境下搜索和营救幸存者，是机器人学中的一个新兴且富有挑战性的领域。六足机器人的步态多样，肢体结构丰富，是仿生足式机器人的代表。相比于传统的轮式,履带式移动机器人，六足机器人具有运动灵活，可靠性高等优点。随着研究人员对六足机器人的研究不断深入，各高校和科研院所在六足机器人的结构、步态、多足控制等方面均取得了显著的研究成果并且研制出了多种性能优良的试验机，在一定程度上实现了机器人的仿生运动。目前机器人的救援工作很大程度上依赖于人工操作。当机器人工作在人类无法辨识的环境时，人类的决策能力有限，很难对机器人下达正确的指令，机器人的自主探测能力有待提高。

发明内容

本发明的目的是在远程监控六足机器人的基础上，针对人类难以辨识的环境，提高六足机器人的自主感知和探测能力。

为实现上述目的，本发明提供了一种灾后救援六足机器人自主探测系统及方法。

一方面，本发明提供了一种灾后救援六足机器人自主探测系统，其特征在于：包括控制模块22、感知模块23、执行模块24以及监控模块25；

所述控制模块22包括上位机树莓派8和下位机STC单片机12；所述上位机树莓派8和所述下位机STC单片机12采用RS-232转USB串口18以及所述Wi-Fi模块20的连接方式用以实现上位机与下位机之间的信息传输；

所述感知模块23包括1个惯性测量单元2、1个单目摄像头3、1个GPS模块1、4个红外热释电传感器4、3个红外漫反射光电开关5和2个超声波传感器6、6个薄膜压力传感器7和6个电压转换模块19；所述惯性测量单元2置于六足机器人机体中心位置，所述GPS模块1置于惯性测量单元2与六足机器人前进方向相反方向上，所述6个薄膜压力传感器7分别置于六足机器人6条腿的足端位置并通过所述6个电压转换模块19连接所述STC单片机12，所述单目摄像头3、所述2个超声波传感器6和所述3个红外漫反射光电开关5采用分层布局结构：上层单目摄像头3置于所述树莓派8上并通过USB线连接树莓派8，单目摄像头3所朝方向为六足机器人的前进方向；中层2个超声波传感器6所朝方向与单目摄像头3朝向方向夹角30°，两个超声波传感器之间的夹角为60°；下层有3个红外漫反射光电开关5，其中一个红外漫反射光电开关5所朝方向为单目摄像头3朝向方向，其余两个红外漫反射光电开关5与单目摄像头3朝向方向夹角60°，相邻两个红外漫反射光电开关5夹角为60°；4个红外热释电传感器4置于六足机器人顶部，其中一个红外热释电传感器4与单目摄像头3朝向方向为同一直线作为人体感知系统的中心，另外三个红外热释电传感器4以人体感知系统中心的热释电传感器4为中心，以中心到单目摄像头3距离为半径均匀分布；