[发明专利]一种地空异构多机器人搜救系统

说明书

技术领域

本发明属于多机器人系统，特别涉及地空异构多机器人搜救系统，主要应用于灾难现场的搜索、救援场合。

背景技术

近年来多发的自然灾害如雪灾、火灾、水灾、地震，人为的恐怖活动，以及生化病毒和有毒物质等威胁着社会的安全，引起了人们的广泛关注。虽然人们对各种灾难的警觉和反应能力有所提高，但在处理破坏性灾难事件时还是缺乏充分准备，很多人依然死于欠及时和不专业的救援活动。将机器人技术、营救行动技术、灾难学等多学科知识进行有机的融合，开发和研制用于侦察、搜寻和营救的灾难救援机器人已经成为机器人学科领域中富有挑战性的新方向。

在灾难救援过程中，由于现场环境的复杂性和危险性，使得救援工作变得十分困难。在一些危险性大的灾难中，如随时会引发爆炸的火灾现场；有易燃、易爆或剧毒气体存在的现场；地震后存在易二次倒塌建筑物的现场，施救人员无法探入进行侦察或救援，人们急于探知灾难现场的内部险情，但又难以或无法接近及进入灾难现场。此时，救援机器人的参与可以有效提高救援的效率和减少施救人员的伤亡，这样不但能帮助工作人员进行侦察和救援工作，而且能够代替工作人员执行并完成救援任务，从而在灾难救援过程中发挥越来越重要的作用。为此，一些先进国家已先后开发和研制出各种各样的面向灾难现场侦察和救援的机器人，如用于废墟瓦砾中的蛇形机器人、在不平整地面上移动的履带式机器人、用于雪后山地抢险的救援机器人等。针对2008年的南方雪灾、汶川地震等灾难，我国有关部门已经启动了“在线除冰机器人”、“地面移动探测机器人”等重大项目。

在各种灾害中，由于天气因素的影响，卫星或载人飞机难以及时获取对灾难救助指挥最有用的实时地面影像与灾难现场数据，尤其是多云、多雾的天气。采用空中飞行机器人，可超低空云下作业，对天气的依赖非常小，而且不需要专用机场，获取地面影像的速度非常快。同时，在救援现场架设计算机处理系统，可马上对获取的影像进行处理，数小时后就可以得到灾难现场的高清晰地面影像与具体的灾难现场数据，对指挥救灾具有极大的意义。从侦察和搜寻目的出发，空中飞行机器人可以发挥其突出的优势，其在灾害环境中可以不受地面状况的影响，机动性强，灵活性高，在较高的角度上具有更加广阔的“视野”，因此可以扩大侦察和搜索面积，提高搜寻效率和效果。另外，飞行机器人在救援行动中也可更多地承担现场勘查和为救援人员探路导航等方面的特殊任务。

然而，相对于复杂多变的救援现场环境和任务而言，单个机器人在信息的获取、处理及控制能力等方面都是很有限的。例如，飞行机器人虽然能够快速地移动，覆盖较大的面积，但是在地面目标的定位上精度不高。而地面机器人能够精确地定位地面目标，但是它们不能迅速地移动进行侦察工作、也不能穿过象建筑、沟壑、篱笆等障碍物。如果把这两种不同结构的地空机器人联合起来，同时应用于灾难救援中，充分发挥它们各自的优点，通过多源信息的融合，实现能力与特性的互补，来降低灾难现场获取信息、目标探测的不确定性，提高救援目标定位的精度，从而能够完成灾难现场的大规模救援任务。而目前尚没有这种系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种地空异构多机器人搜救系统，该系统通过多个机器人的组合完成单个救援机器人无法或难以完成的任务，提高了搜救现场环境感知和目标识别的可靠性和准确性，缩减搜索遍历时间并提高救援效率。

一种地空异构多机器人搜救系统，包括空中飞行机器人、地面救援机器人组、图像处理计算机、图像采集卡、监控计算机、搜救指挥人员、无线数传电台、无线图传电台、障碍物、待救援目标。

空中飞行机器人，采用地面搜救指挥人员的遥控起降、基于GPS和惯性导航技术的智能自主控制相结合的方式实现面向侦察任务的飞行，通过飞行路径的规划与调整、观测地点位置的测量和定位，提供利用价值高的现场环境信息，以便准确的判断搜救现场状况和发现障碍物或待救援目标的位置，指导地面搜救指挥人员与地面救援机器人组制定和实施详细救援方案。飞行机器人由携带有CCD摄像机、无线图像发射模块、自驾仪的小型无人驾驶直升机构成。CCD摄像机与无线图像发射模块固定在无人直升机机身下方的云台上。由CCD摄像机拍摄的侦察图像经过无线图像发射模块下传给地面无线图传电台，再经图像采集卡送入图像处理计算机中进行处理与分析。其自驾仪固定在飞行机器人机身内部，经地面无线数传电台，与监控计算机实现双向通信，将飞行机器人当前的位置、速度、姿态等信息下发给监控计算机，同时接受遥控指令。