消防机器人避障方法及系统与流程

本发明涉及消防领域，特别是涉及一种消防机器人避障方法及系统。

背景技术：

随着我国科学技术的高速发展，机器人已经在各领域得到充分利用。在消防行业，消防机器人主要用于消防灭火、排烟，侦察、救援等危险场合，其控制方式多为人工遥控消防机器人，消防机器人无法实现自动避障、自动减速、刹车、自动解除避障向安全方向操作运动。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种消防机器人避障方法及系统，消防机器人通过先减速后刹车操作，能够有效避免自动避障时由于急刹车引起的倾倒翻车事故，并且能根据现场刹车情况自动判断安全运动方向并允许机器人向该方向运动。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种避障方法，所述避障方法用于消防机器人避障，所述消防机器人设置有旋转式激光扫描仪，所述避障方法包括：

获取所述旋转式激光扫描仪输出的扫描数据、减速预设距离和刹车预设距离；

根据所述扫描数据确定障碍物与所述消防机器人之间的实时距离；

判断所述实时距离是否小于或者等于所述减速预设距离，获得第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述实时距离小于或者等于减速预设距离时，发出减速指令以控制所述消防机器人减速运行；

判断减速运行后所述消防机器人与障碍物之间的实时距离是否等于刹车预设距离，获得第二判断结果；

当所述第二判断结果表示实时距离等于刹车预设距离时，发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车。

可选的，所述旋转式激光扫描仪为旋转式激光扫描测距仪，所述根据所述扫描数据确定障碍物与所述消防机器人之间的实时距离，具体包括：

以消防机器人的前端面的中心为极点、垂直于所述前端面的所述消防机器人的中轴线为极轴建立极坐标系；

根据所述旋转式激光扫描测距仪输出的扫描数据确定障碍物与所述消防机器人前端面的位置关系；

根据所述位置关系将位于所述前端面前方的所述扫描数据标记在所述极坐标系中，获得障碍物距离模型；

根据所述障碍物距离模型确定距离所述前端面最近的点为参照点；

将所述参照点与所述前端面的距离确定为障碍物与所述消防机器人之间的实时距离。

可选的，所述发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车后，还包括：

获取刹车运动方向和重启运动方向，所述刹车运动方向为所述消防机器人执行刹车动作时的运动方向，所述重启运动方向为所述消防机器人执行所述刹车动作后重新启动的运动方向；

判断所述刹车运动方向和所述重启运动方向的夹角是否大于90°，获得第三判断结果；

当所述第三判断结果表示所述夹角大于90°时，控制所述消防机器人按照所述重启运动方向运动；

当所述第三判断结果表示所述夹角小于90°时，则禁止所述消防机器人按照所述重启运动方向运动。

可选的，所述发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车后，还包括：

获取刹车运动方向和重启运动方向，所述刹车运动方向为所述消防机器人执行刹车动作时的运动方向，所述重启运动方向为所述消防机器人执行所述刹车动作后重新启动的运动方向；

判断所述重启运动方向和所述刹车运动方向的夹角是否等于180°，获得第四判断结果；

当所述第四判断结果表示所述夹角等于180°，控制所述消防机器人按照所述重启运动方向运动；

当所述第四判断结果表示所述夹角不等于180°时，则发出锁止指令以将所述消防机器人锁止。

可选的，所述消防机器人减速运行时的运行速度为原行驶速度的0.6倍。

一种避障系统，所述避障系统用于消防机器人避障，所述消防机器人设置有旋转式激光扫描仪，所述避障系统包括：

数据获取模块，用于获取所述旋转式激光扫描仪输出的扫描数据、减速预设距离和刹车预设距离；

距离确定模块，用于根据所述扫描数据确定障碍物与所述消防机器人之间的实时距离；

第一判断模块，用于判断所述实时距离是否小于或者等于所述减速预设距离，获得第一判断结果；

减速控制模块，用于当所述第一判断结果表示所述实时距离小于或者等于减速预设距离时，发出减速指令以控制所述消防机器人减速运行；

第二判断模块，用于判断减速运行后所述消防机器人与障碍物之间的实时距离是否等于刹车预设距离，获得第二判断结果；

刹车控制模块，用于当所述第二判断结果表示实时距离等于刹车预设距离时，发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车。

一种灭火消防机器人，所述灭火消防机器人包括：机器人本体、控制器、设置在所述机器人本体上的消防炮和旋转式激光扫描仪，所述控制器分别与所述机器人本体和所述旋转式激光扫描仪连接，所述控制器用于根据所述的避障方法控制所述机器人本体进行自动避障。

可选的，所述旋转式激光扫描仪包括电机和激光发生器，所述激光发生器与所述电机的输出轴连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的消防机器人避障方法及系统，针对机器人是运动体，需要随时监测周边环境的特点，在机器人本体上设置有旋转式激光扫描仪，根据旋转式激光扫描仪的扫描数据确定障碍物与消防机器人之间的实时距离。在消防机器人行进过程中，实时判断障碍物与消防机器人之间的距离是否小于或者等于减速预设距离，当实时距离等于减速预设距离时，发出减速指令控制消防机器人减速运行。减速运行后消防机器人与障碍物之间的实时距离等于刹车预设距离时，再发出刹车指令控制消防机器人进行刹车。消防机器人通过先减速后刹车操作，能够有效避免自动避障时由于急刹车引起的倾倒翻车事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种避障方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种避障系统的结构框图；

图3为本发明实施例提供的一种灭火消防机器人的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种消防机器人避障方法及系统，消防机器人通过先减速后刹车操作，能够有效避免自动避障时由于急刹车引起的冲撞、倾倒翻车事故。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种避障方法的流程图。如图1所示，一种避障方法，所述避障方法用于消防机器人避障，所述消防机器人设置有旋转式激光扫描仪，所述避障方法包括：

步骤11：获取所述旋转式激光扫描仪输出的扫描数据、减速预设距离和刹车预设距离。

步骤12：根据所述扫描数据确定障碍物与所述消防机器人之间的实时距离。

本实施例中，所述旋转式激光扫描仪为旋转式激光扫描测距仪，所述根据所述扫描数据确定障碍物与所述消防机器人之间的实时距离，具体包括：

以消防机器人的前端面的中心为极点、垂直于所述前端面的所述消防机器人的中轴线为极轴建立极坐标系。所述极坐标系是将旋转式激光扫描测距仪的扫描数据通过软件兼容的方式显示在极坐标系中，极坐标系中角度的正方向为所述旋转式激光扫描仪的旋转方向，长度单位可选为20～40米，本实施例中，长度单位为30米。本实施例中，将极角为±90°、半径为r的扇形区域分成n个相邻扇形的半径差值为10cm的小区间，由于激光扫描的精度在5cm内，因此，能够保证障碍物在极坐标系的任何位置均可以被识别。

根据所述旋转式激光扫描测距仪输出的扫描数据确定障碍物与所述消防机器人前端面的位置关系。

根据所述位置关系将位于所述前端面前方的所述扫描数据标记在所述极坐标系中，获得障碍物距离模型。将激光扫描仪扫描形成的图形数据，通过软件相容性在极坐标系中显示，形成用于识别障碍物距离的数学模型。所述极坐标系中集成了解析几何的一些公式：如极坐标方程、两点间距离方程等，用于计算障碍物与机器人之间的距离。

根据所述障碍物距离模型确定距离所述前端面最近的点为参照点。

将所述参照点与所述前端面的距离确定为障碍物与所述消防机器人之间的实时距离。

步骤13：判断所述实时距离是否小于或者等于所述减速预设距离，获得第一判断结果。

当所述第一判断结果表示所述实时距离小于或者等于减速预设距离时，执行步骤14。

步骤14：发出减速指令以控制所述消防机器人减速运行，减速运行时的运行速度为原行驶速度的0.6倍。

步骤15：判断减速运行后所述消防机器人与障碍物之间的实时距离是否等于刹车预设距离，获得第二判断结果。

当所述第二判断结果表示实时距离等于刹车预设距离时，执行步骤步骤16。

步骤16：发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车。

优选地，执行步骤16：发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车后，还包括：

获取刹车运动方向和重启运动方向，所述刹车运动方向为所述消防机器人执行刹车动作时的运动方向，所述重启运动方向为所述消防机器人执行所述刹车动作后重新启动的运动方向。

判断所述刹车运动方向和所述重启运动方向的夹角是否大于90°，获得第三判断结果。

当所述第三判断结果表示所述夹角大于90°时，控制所述消防机器人按照所述重启运动方向运动。

当所述第三判断结果表示所述夹角小于90°时，则禁止所述消防机器人按照所述重启运动方向运动。

本实施例中，所述发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车后，还包括：

获取刹车运动方向和重启运动方向，所述刹车运动方向为所述消防机器人执行刹车动作时的运动方向，所述重启运动方向为所述消防机器人执行所述刹车动作后重新启动的运动方向。

判断所述重启运动方向和所述刹车运动方向的夹角是否等于180°，获得第四判断结果。

当所述第四判断结果表示所述夹角等于180°，控制所述消防机器人按照所述重启运动方向运动。

当所述第四判断结果表示所述夹角不等于180°时，则发出锁止指令以将所述消防机器人锁止。

图2为本发明实施例提供的一种避障系统的结构框图。如图2所示，一种避障系统，所述避障系统用于消防机器人避障，所述消防机器人设置有旋转式激光扫描仪，所述避障系统包括：

数据获取模块21，用于获取所述旋转式激光扫描仪输出的扫描数据、减速预设距离和刹车预设距离。

距离确定模块22，用于根据所述扫描数据确定障碍物与所述消防机器人之间的实时距离。

第一判断模块23，用于判断所述实时距离是否小于或者等于所述减速预设距离，获得第一判断结果。

减速控制模块24，用于当所述第一判断结果表示所述实时距离小于或者等于减速预设距离时，发出减速指令以控制所述消防机器人减速运行。

第二判断模块25，用于判断减速运行后所述消防机器人与障碍物之间的实时距离是否等于刹车预设距离，获得第二判断结果。

刹车控制模块26，用于当所述第二判断结果表示实时距离等于刹车预设距离时，发出刹车指令以控制所述消防机器人进行刹车。

图3为本发明实施例提供的一种灭火消防机器人的结构框图。如图3所示，一种灭火消防机器人，所述灭火消防机器人包括：机器人本体31、控制器32、设置在所述机器人本体上的消防炮33和旋转式激光扫描仪34。所述控制器32分别与所述机器人本体31和所述旋转式激光扫描仪34连接，所述控制器32用于根据所述的避障方法控制所述机器人本体31进行自动避障。

本实施例中，所述旋转式激光扫描仪34包括电机和激光发生器，所述激光发生器与所述电机的输出轴连接。工作时激光发生器与电机以300r/min转的速度同步旋转，可以360°无死区不间断扫描，在实际应用中为了全部覆盖了机器人前进方向，并减小数据处理量，本实施例屏蔽掉旋转轴后方180°范围的扫描数据，只处理前方180°范围的扫描数据。

消防机器人最高行驶速度目前为>5km/h，机器人高速行驶时突然刹车会带来的各种损害，如倾翻，撞击，损坏电机减速器及驱动桥等。

动能e＝mv²，其中m为机器人本体质量、v为机器人减速前的运行速度，机器人减速运行时的速度为0.6v，机器人减速后的动能e1＝0.36mv²，在这样的动能下刹车机器人只有稍许轻微震动，因此，本发明提供的方案在发现障碍物时，先减速，减速预设距离s1是经过计算与试验所得到的，本实施例中，减速预设距离s1是通过机器人减速运行平稳所需时间t乘以0.6v得到的，然后设定一个刹车预设s2，在达到s2时机器人实现自动刹车，从根本上避免了突然刹车导致的倾翻，撞击，损坏电机减速器及驱动桥等情况。同时，本发明提供的灭火消防机器人，在机器人停止运动后，禁止机器人往危险方向运动，只允许机器人朝危险方向的反方向运动。

本实施例中，所述灭火消防机器人还包括：can总线通信模块、第一编解码模块、遥控器、第二编解码模块和显示屏。所述控制器通过所述can总线通信模块将所述扫描数据发送给所述第一编解码模块，所述第一编解码模块与所述遥控器的接/发模块连接，所述第一编解码模块将所述扫描数据编码后发送给所述接/发模块，所述接/发模块将接收到的扫描数据发送给遥控器的发/接模块，所述发/接模块将收到的扫描数据发送给第二编解码器进行解码。第二编解码器将解码后的数据发送给遥控器，遥控器的显示屏直观显示障碍物的距离和方向。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。