[發明專利]基于積分強化學習的多消防巡檢協作機器人系統

有效

• 申請號: 202110419574.2
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113134187B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 陳剛;劉智
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: A62C27/00
• 分類號: A62C27/00;A62C37/00;A62C37/50
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于積分強化學習的多消防巡檢協作機器人系統，屬于機器人領域。該系統包括硬件層、交互層、感知層和控制層；所述硬件層采用DSP作為控制器，將里程計和陀螺儀采集到的數據送入DSP內部進行處理，實時計算出機器人在巡檢地圖中的位置。通過上位機向DSP發送速度指令，DSP將獲取到速度信息編碼后以控制伺服電機的運轉；消防巡檢機器人采用的是履帶式驅動；當機械臂需要動作時，由上位機中的ros系統通過在moveit！平臺對機械臂將要移動到的目標點進行運動軌跡規劃，將規劃好的運動軌跡離散化后發送到DSP中，DSP獲得的各個軸的角速度、加速度后控制機械臂的伺服電機運動以到達目標點。

技術領域

本發明屬于機器人領域，涉及基于積分強化學習的多消防巡檢協作機器人系統。

背景技術

目前常見的消防巡檢機器人主要結構為：在驅動方面采用輪式驅動；在機器人的四周安裝火焰探測器和溫度傳感器以便于火情的檢測；機器人前方配備攝像頭以便將巡檢畫面通過無線模塊傳輸到控制室；在機器人上方還安裝了底盤固定但可旋轉的消防噴頭，用于外接水管或小型水泵實現對著火點的撲滅；在機器人控制方面，隨著多機協同思想和理論的發展，為了完成對大型區域的巡檢，同時為了提高巡檢效率和降低巡檢難度性，通常會采用多個消防巡檢機器人相互配合完成作業，在多消防巡檢機器人的協同控制上采用集中式控制的方式，即通過一個主控程序，完成對所有機器人的巡檢任務分配以及工作調度，巡檢實現具體方式是將事先將使用激光雷達構建好的地圖和規劃好的巡檢路線經過區域劃分后分別導入到各個機器人的內部，每個機器人啟動后便會自動按照它們所獲取到的規劃路線對地圖上標注的重點區域進行巡檢，另外在需要遠程完成一些特定的滅火或巡檢操作時，由消防人員通過遙控器遠程進行操作。

但上述系統也存在許多缺陷，首先輪式驅動使得機器人在應對階梯和崎嶇路面的通過性能較差，且轉向和旋轉的靈活性不夠高；而且利用火焰探測器和溫度傳感器對火焰檢測的準確度和及時性不能得到很好的保證，且火焰檢測的范圍也較小；其次在檢測到火焰之后，只能實現報警功能和將著火點的位置和通過攝像頭獲取到達火情狀況圖像傳輸到消防控制室，少數的消防巡檢機器人還可以配合自身攜帶的消防噴頭，在消防人員的遠程遙控下實現對著火點的撲滅，但總體來說缺乏在火情應對方面的靈活性和主動性；最后在多機器人協作控制方面，集中式控制的方式使得每個單獨的機器人沒有自己選擇動作和相互協調的能力，使得整個系統的巡檢效率、魯棒性和可擴展性都較差，而且每個機器人在巡檢過程中的時間最優和能量最優也不能得到保證，這樣會降低整體的續航能力和對外界的抗擾動能力，且在自主控制方面和智能化程度上還有待提高。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于積分強化學習的多消防巡檢協作機器人系統。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于積分強化學習的多消防巡檢協作機器人系統，包括硬件層、交互層、感知層和控制層；

所述硬件層采用DSP作為控制器，將里程計和陀螺儀采集到的數據送入DSP內部進行處理，實時計算出機器人在巡檢地圖中的位置。通過上位機向DSP發送速度指令，DSP將獲取到速度信息編碼后以控制伺服電機的運轉；消防巡檢機器人采用的是履帶式驅動；當機械臂需要動作時，由上位機中的ros系統通過在moveit！平臺對機械臂將要移動到的目標點進行運動軌跡規劃，將規劃好的運動軌跡離散化后發送到DSP中，DSP獲得的各個軸的角速度、加速度后控制機械臂的伺服電機運動以到達目標點。

1、履帶驅動系統

履帶為兩段，每段由單獨的伺服電機驅動。前段履帶用于在遇到較高障礙物時將機器人的底盤抬起以便順利通過，通過調整前段履帶來調整機器人的高度，為機械臂提供更大的操作半徑；后半段履帶主要起機器人的驅動作用，由一個伺服電機同軸驅動，轉向時將一側的履帶進行減速制動即可。伺服電機的額定電壓為24V，輸出功率為100W，上層PC發布的x，y軸的速度信息通過DSP編碼后轉化伺服電機的轉速，以實現轉向和驅動。

2、機械臂伺服控制