[发明专利]基于积分强化学习的多消防巡检协作机器人系统

说明书

本发明涉及一种基于积分强化学习的多消防巡检协作机器人系统，属于机器人领域。该系统包括硬件层、交互层、感知层和控制层；所述硬件层采用DSP作为控制器，将里程计和陀螺仪采集到的数据送入DSP内部进行处理，实时计算出机器人在巡检地图中的位置。通过上位机向DSP发送速度指令，DSP将获取到速度信息编码后以控制伺服电机的运转；消防巡检机器人采用的是履带式驱动；当机械臂需要动作时，由上位机中的ros系统通过在moveit！平台对机械臂将要移动到的目标点进行运动轨迹规划，将规划好的运动轨迹离散化后发送到DSP中，DSP获得的各个轴的角速度、加速度后控制机械臂的伺服电机运动以到达目标点。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及基于积分强化学习的多消防巡检协作机器人系统。

背景技术

目前常见的消防巡检机器人主要结构为：在驱动方面采用轮式驱动；在机器人的四周安装火焰探测器和温度传感器以便于火情的检测；机器人前方配备摄像头以便将巡检画面通过无线模块传输到控制室；在机器人上方还安装了底盘固定但可旋转的消防喷头，用于外接水管或小型水泵实现对着火点的扑灭；在机器人控制方面，随着多机协同思想和理论的发展，为了完成对大型区域的巡检，同时为了提高巡检效率和降低巡检难度性，通常会采用多个消防巡检机器人相互配合完成作业，在多消防巡检机器人的协同控制上采用集中式控制的方式，即通过一个主控程序，完成对所有机器人的巡检任务分配以及工作调度，巡检实现具体方式是将事先将使用激光雷达构建好的地图和规划好的巡检路线经过区域划分后分别导入到各个机器人的内部，每个机器人启动后便会自动按照它们所获取到的规划路线对地图上标注的重点区域进行巡检，另外在需要远程完成一些特定的灭火或巡检操作时，由消防人员通过遥控器远程进行操作。

但上述系统也存在许多缺陷，首先轮式驱动使得机器人在应对阶梯和崎岖路面的通过性能较差，且转向和旋转的灵活性不够高；而且利用火焰探测器和温度传感器对火焰检测的准确度和及时性不能得到很好的保证，且火焰检测的范围也较小；其次在检测到火焰之后，只能实现报警功能和将着火点的位置和通过摄像头获取到达火情状况图像传输到消防控制室，少数的消防巡检机器人还可以配合自身携带的消防喷头，在消防人员的远程遥控下实现对着火点的扑灭，但总体来说缺乏在火情应对方面的灵活性和主动性；最后在多机器人协作控制方面，集中式控制的方式使得每个单独的机器人没有自己选择动作和相互协调的能力，使得整个系统的巡检效率、鲁棒性和可扩展性都较差，而且每个机器人在巡检过程中的时间最优和能量最优也不能得到保证，这样会降低整体的续航能力和对外界的抗扰动能力，且在自主控制方面和智能化程度上还有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于积分强化学习的多消防巡检协作机器人系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于积分强化学习的多消防巡检协作机器人系统，包括硬件层、交互层、感知层和控制层；

所述硬件层采用DSP作为控制器，将里程计和陀螺仪采集到的数据送入DSP内部进行处理，实时计算出机器人在巡检地图中的位置。通过上位机向DSP发送速度指令，DSP将获取到速度信息编码后以控制伺服电机的运转；消防巡检机器人采用的是履带式驱动；当机械臂需要动作时，由上位机中的ros系统通过在moveit！平台对机械臂将要移动到的目标点进行运动轨迹规划，将规划好的运动轨迹离散化后发送到DSP中，DSP获得的各个轴的角速度、加速度后控制机械臂的伺服电机运动以到达目标点。

1、履带驱动系统

履带为两段，每段由单独的伺服电机驱动。前段履带用于在遇到较高障碍物时将机器人的底盘抬起以便顺利通过，通过调整前段履带来调整机器人的高度，为机械臂提供更大的操作半径；后半段履带主要起机器人的驱动作用，由一个伺服电机同轴驱动，转向时将一侧的履带进行减速制动即可。伺服电机的额定电压为24V，输出功率为100W，上层PC发布的x，y轴的速度信息通过DSP编码后转化伺服电机的转速，以实现转向和驱动。

2、机械臂伺服控制