一种煤矿搜救机器人及其认知行为搜救方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿搜救机器人及其认知行为搜救方法。煤矿搜救机器人包括机器人执行器、及认知行为控制器。机器人执行器包括机器人机体、及探测设备，探测设备安装在机器人机体上，机器人机体的侧部安装有轮组，探测设备连接认知行为控制器，认知行为控制器提取探测设备所探测的特征信息进行比对处理，并根据处理结果控制机器人执行器动作。机器人执行器动作灵敏、越障能力强、可靠性高。用认识行为搜救方法，对捕捉的信息进行自主分析，自主选择行动方案，具有自主认知能力，更能适应复杂的煤矿井下环境。
【专利说明】一种煤矿搜救机器人及其认知行为搜救方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿搜救机器人及其认识行为搜救方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，煤矿井下环境复杂，一旦发生安全事故，探测事故现场、及搜救井下工作人员都十分困难。
[0003]煤矿搜救机器人面对局部未知、动态、危险、复杂的井下环境，其任务有别于地面行走机器人，要求有更高地智能性和环境适应性来实现路标的自组织提取和识别。但是，当今大多数机器人不具备在井下复杂特殊环境中的认知控制和自主搜救行为，不能完全自主的实现对环境的空间认知，特别是重复执行的行为，不能实现自主的泛化知识的增量学习。由于无法及时了解矿井下危险情况，这给救援工作带来很大的问题和困难，造成了重大的人员伤亡和巨大的财产损失。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种煤矿搜救机器人。在机构部分，采用越障能力强、可靠性高、更机动的行进结构；在控制方面，采用认识行为搜救方法，对捕捉的信息进行自主分析，自主选择行动方案，具有自主认知能力。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006]一种煤矿搜救机器人，包括机器人执行器、及认知行为控制器，所述机器人执行器包括机器人机体、及探测设备，探测设备安装在机器人机体上，机器人机体的侧部安装有轮组，探测设备连接认知行为控制器，认知行为控制器提取探测设备所探测的特征信息进行比对处理，并根据处理结果控制机器人执行器动作。
[0007]所述轮组有四个，分别为前左轮组、前右轮组、后左轮组、及后右轮组，前左轮组与后左轮组之间、及前右轮组与后右轮组之间分别由驱动带驱动连接。
[0008]所述四个轮组分别由驱动轮、及从动轮组成，驱动轮与从动轮通过从动带连接成一体，驱动轮的轮轴通过曲柄连接从动轮的轮轴，从动轮通过从动轮固定销与曲柄固定连接，曲柄连接有曲柄驱动轴。
[0009]所述探测设备包括光电传感器、激光传感器、高清摄像头、及夜视仪，光电传感器、及激光传感器安装在机器人机体的前部，高清摄像头安装在机器人机体的后部，夜视仪分别设在机器人机体的前端和后端。
[0010]所述高清摄像头为360度旋转高清摄像头，光电传感器为升降伸缩式光电传感器，激光传感器为升降伸缩式激光传感器。
[0011]结合上述的一种煤矿搜救机器人提出了认知行为搜救方法，所述认知行为搜救方法是机器人执行器认知空间环境、自动处理的行为方法，包括如下步骤:
[0012](I)在认知行为控制器的反应式存储单元内设置有应激反应数据集，应激反应数据集由多个应激反应数据子集组成，每个应激反应数据子集都包含有配对数据值、及配对数据值所对应的应激控制方案；在认知行为控制器的时空经历存储单元内存储有机器人执行器的时空经历数据集；
[0013](2)探测设备实时探测煤矿的空间环境，并将探测到的数据传输给认知行为控制器，认知行为控制器对数据进行提取；
[0014](3)若提取的数据无有效数据值，认知行为控制器控制机器人执行器执行原动作，之后重复步骤(2);
[0015](4)提取的有效数据值与时空经历数据集比对，若与某个时空经历数据集中的数据值相同，认知行为控制器控制机器人执行器执行此数据值对应的控制方案，之后重复步骤⑵；
[0016](5)若提取的有效数据值与时空经历数据集比对，若与时空经历数据集中的数据值不同，认知行为控制器在应激反应数据集内查找比对应激反应数据子集，若有效数据值与某应激反应子集的配对数据值相同，执行此配对数据值所对应的应激控制方案，并更新时空经历存储单元的时空经历数据集，之后重复步骤(2)。
[0017]所述步骤(2)中探测设备探测到的数据包括机器人执行器的位置信息、及煤矿空间信息。
[0018]所述步骤(4)中提取的有效数据值与时空经历数据集的比对采用时空联想记忆网络数学模型。
[0019]所述控制方案包括直行、越障、后退、左转、右转、及发送预警信号。
[0020]本发明的有益技术效果:
[0021]一种煤矿搜救机器人，包括机器人执行器、及认知行为控制器，所述机器人执行器包括机器人机体、及探测设备，探测设备安装在机器人机体上，机器人机体的侧部安装有轮组，探测设备连接认知行为控制器，认知行为控制器提取探测设备所探测的特征信息进行比对处理，并根据处理结果控制机器人执行器动作。机器人执行器动作灵敏、越障能力强、可靠性高。采用认识行为搜救方法，对捕捉的信息进行自主分析，自主选择行动方案，具有自主认知能力。
[0022]轮组有四个，前左轮组与后左轮组之间、及前右轮组与后右轮组之间分别由驱动带驱动连接。机器人执行器更稳固，行动一致。
[0023]从动轮通过从动轮固定销与曲柄固定连接，曲柄连接有曲柄驱动轴，曲轴转动带动驱动轮上升或下降，实现越障或下坡动作。
[0024]高清摄像头为360度旋转高清摄像头，光电传感器为升降伸缩式光电传感器，激光传感器为升降伸缩式激光传感器。可精确探测煤矿的空间环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为机器人执行器结构示意图。
[0026]图2为认识行为搜救方法执行框图。
【具体实施方式】
[0027]结合附图1至2对本发明的【具体实施方式】做进一步说明:
[0028]一种煤矿搜救机器人，包括机器人执行器、及认知行为控制器。机器人执行器包括机器人机体1、及探测设备，探测设备安装在机器人机体上，机器人机体的侧部安装有轮组，探测设备连接认知行为控制器，认知行为控制器提取探测设备所探测的特征信息进行比对处理，并根据处理结果控制机器人执行器动作。
[0029]轮组有四个，分别为前左轮组、前右轮组、后左轮组、及后右轮组，前左轮组与后左轮组之间、及前右轮组与后右轮组之间分别由驱动带2驱动连接。四个轮组分别由驱动轮
9、及从动轮5组成,驱动轮9与从动轮5通过从动带6连接成一体,驱动轮的轮轴通过曲柄8连接从动轮的轮轴，从动轮5通过从动轮固定销4与曲柄8固定连接，曲柄8连接有曲柄驱动轴，曲轴转动带动驱动轮上升或下降，实现越障或下坡动作。前左轮组、及前右轮组尺寸相同，后左轮组、及后右轮组尺寸相同。
[0030]探测设备包括光电传感器11、激光传感器10、高清摄像头3、及夜视仪7。光电传感器11、及激光传感器10安装在机器人机体I的前部，高清摄像头3安装在机器人机体I的后部，夜视仪分别设在机器人机体的前端和后端。高清摄像头3为360度旋转高清摄像头，光电传感器11为升降伸缩式光电传感器，激光传感器10为升降伸缩式激光传感器，探测不同距离的原始数据。探测设备可探测到井下图像，机器人执行器的位置信息，及障碍物距离。
[0031]结合上述的一种煤矿搜救机器人提出了认知行为搜救方法，该方法是机器人执行器认知空间环境、自动处理的行为方法，包括如下步骤:
[0032](I)在认知行为控制器的反应式存储单元内设置有应激反应数据集，应激反应数据集由多个应激反应数据子集组成，每个应激反应数据子集都包含有配对数据值、及配对数据值所对应的应激控制方案；在认知行为控制器的时空经历存储单元内存储有机器人执行器的时空经历数据集。
[0033](2)探测设备实时探测煤矿的空间环境，并将探测到的数据传输给认知行为控制器，认知行为控制器对数据进行提取；
[0034]探测设备探测到的数据包括机器人执行器的位置信息、及煤矿空间信息。有效值指超过设定的机器人执行器动作阈值的数据值。
[0035](3)若提取的数据无有效数据值，认知行为控制器控制机器人执行器执行原动作，之后重复步骤(2)。
[0036](4)提取的有效数据值与时空经历数据集比对，若与某个时空经历数据集中的数据值相同，认知行为控制器控制机器人执行器执行此数据值对应的控制方案，之后重复步骤⑵；
[0037]提取的有效数据值与时空经历存储单元存储的经历比对采用时空联想记忆网络数学模型。
[0038](5)若提取的有效数据值与时空经历数据集比对，若与时空经历数据集中的数据值不同，认知行为控制器在应激反应数据集内查找比对应激反应数据子集，若有效数据值与某应激反应子集的配对数据值相同，执行此配对数据值所对应的应激控制方案，并更新时空经历存储单元的时空经历数据集，之后重复步骤(2)。
[0039]控制方案包括控制机器人执行器直行、越障、后退、左转、右转、及发送预警信号。
[0040]用认识行为搜救方法，对捕捉的信息进行自主分析，自主选择行动方案，具有自主认知能力，更能适应复杂的煤矿井下环境。
[0041]当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【权利要求】
1.一种煤矿搜救机器人，其特征在于，包括机器人执行器、及认知行为控制器，所述机器人执行器包括机器人机体、及探测设备，探测设备安装在机器人机体上，机器人机体的侧部安装有轮组，探测设备连接认知行为控制器，认知行为控制器提取探测设备所探测的特征信息进行比对处理，并根据处理结果控制机器人执行器动作。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿搜救机器人，其特征在于，所述轮组有四个，分别为前左轮组、前右轮组、后左轮组、及后右轮组，前左轮组与后左轮组之间、及前右轮组与后右轮组之间分别由驱动带驱动连接。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿搜救机器人，其特征在于，所述四个轮组分别由驱动轮、及从动轮组成，驱动轮与从动轮通过从动带连接成一体，驱动轮的轮轴通过曲柄连接从动轮的轮轴，从动轮通过从动轮固定销与曲柄固定连接，曲柄连接有曲柄驱动轴。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿搜救机器人，其特征在于，所述探测设备包括光电传感器、激光传感器、高清摄像头、及夜视仪，光电传感器、及激光传感器安装在机器人机体的前部，高清摄像头安装在机器人机体的后部，夜视仪分别设在机器人机体的前端和后端。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿搜救机器人，其特征在于，所述高清摄像头为360度旋转高清摄像头，光电传感器为升降伸缩式光电传感器，激光传感器为升降伸缩式激光传感器。
6.如权利要求3所述一种煤矿搜救机器人的认知行为搜救方法，其特征在于，所述认知行为搜救方法是机器人执行器认知空间环境、自动处理的行为方法，包括如下步骤: (1)在认知行为控制器的反应式存储单元内设置有应激反应数据集，应激反应数据集由多个应激反应数据子集组成，每个应激反应数据子集都包含有配对数据值、及该配对数据值所对应的应激控制方案；在认知行为控制器的时空经历存储单元内存储有机器人执行器的时空经历数据集； (2)探测设备实时探测煤矿的空间环境，并将探测到的数据传输给认知行为控制器，认知行为控制器对数据进行提取； (3)若提取的数据无有效数据值，认知行为控制器控制机器人执行器执行原动作，之后重复步骤⑵； (4)提取的有效数据值与时空经历数据集比对，若与某个时空经历数据集中的数据值相同，认知行为控制器控制机器人执行器执行此数据值对应的控制方案，之后重复步骤(2)； (5)若提取的有效数据值与时空经历数据集比对，若与时空经历数据集中的数据值不同，认知行为控制器在应激反应数据集内查找比对应激反应数据子集，若有效数据值与某应激反应子集的配对数据值相同，执行此配对数据值所对应的应激控制方案，并更新时空经历存储单元的时空经历数据集，之后重复步骤(2)。
7.根据权利要求6所述的认知行为搜救方法，其特征在于，所述步骤(2)中探测设备探测到的数据包括机器人执行器的位置信息、及煤矿空间信息。
8.根据权利要求6所述的认知行为搜救方法，其特征在于，所述步骤(4)中提取的有效数据值与时空经历数据集的比对采用时空联想记忆网络数学模型。
9.根据权利要求6所述的认知行为搜救方法，其特征在于，所述控制方案包括直行、越障、后退、左转、右转、及发送预警信号。
【文档编号】B25J19/00GK104192219SQ201410413199
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】苏春建, 张帅, 宋健, 董兴华, 张鹏, 王薛滔, 李宁, 赵俊敏, 王永晓 申请人:山东科技大学