[发明专利]用于坑道探测与搜救的移动、飞行多机器人系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于坑道探测与搜救的移动、飞行多机器人系统，属于探测与搜救机器人领域。

背景技术

探测与搜救机器人一直是机器人领域的研究热点，其中一个分支为坑道探测与搜救机器人，主要应用于矿井灾后的探测与救援、在矿产开采规划前对该区域古巷道的探测与地图生成、军事坑道的探测、天然洞穴的探测。坑道探测与搜救机器人研究目的是进入坑道内部，探测坑道布置、地形环境与结构特点，探测气体环境与生命信息，并将探测数据传输到远程操作人员。该项研究存在以下难点：第一，进入的问题。坑道内的地形环境往往是非结构化的，复杂的。如矿井灾后的坑道内往往有错综的设备、冒落的顶板、积水与泥潭。因此，如何让机器人进入并长距离行进是首要问题。第二，通讯的问题。坑道往往修建或形成于地下或山体内，无线通讯距离短；采用无线中继通讯的方式也会因通讯模块投放位置不佳造成通讯不稳定。第三，气体环境的问题。某些坑道内存在有毒或易燃、易爆气体，矿井巷道环境尤其突出，因此需对机器人进行特殊防护。为了解决移动问题，研究人员提出了轮式、履带式、轮履结合式、摇杆式的机器人行走机构，但总存在缺陷，无法应付所有地形；为了解决通讯问题，一些研究者提出了光纤通讯方式（如CN201249820）和基于无线传感器网络的通讯系统（如CN101265813、CN201794611U），采用光纤传输的方式，通讯距离受到机器人携带光纤长度的影响，也存在移动过程中光纤受损的危险；采用无线传感器网络方式，通常采用小型移动机器人进行无线网络的建立，能否建立也受到机器人移动性能的影响。对于气体环境影响的问题，需要根据情况进行特殊设计，一些研究者也进行了研究，如煤矿井下机器人需要进行防爆设计。

为了解决坑道内的长距离探测的问题，在中国博士后基金（20110491479）与国家自然科学基金青年基金（51205391）的支持下，本研究团队通过进一步研究，探索了一种用于坑道探测与搜救的移动、飞行多机器人系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有坑道探测与搜救机器人的缺陷，提供一种坑道探测与搜救的移动机器人与飞行机器人相配合的多机器人系统，通过移动与飞行相结合，光纤与无线通讯相结合，激光引导与自主导航相结合，实现坑道内的长距离探测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于坑道探测与搜救的移动、飞行多机器人系统是一种半自主探测多机器人系统，包括坑道外指挥终端、操控终端、移动载体机器人与飞行机器人；

操控终端包括机器人操控装置、监控模块、数据存储模块、光纤通讯模块、无线通讯模块、环境探测模块，通过光纤通讯模块、无线通讯模块与移动载体机器人和飞行机器人进行信息交互，实现对机器人的控制、环境信息的采集、显示与存储；并与坑道外指挥终端1进行通讯；

移动载体机器人包括一套移动机构，该机器人装备有光纤释放装置、光纤通讯模块、无线通讯模块、环境探测模块、激光发生模块、自主避障模块，并作为飞行机器人的运输载体；移动载体机器人通过光纤和无线网络与操控终端进行通讯，移动载体机器人采用操控终端的遥控引导与自主避障相结合的移动控制方式进入探测现场，对环境进行探测，并向操控终端传输现场探测信息；

飞行机器人包括飞行机构，装备有无线通讯模块、环境探测模块、激光发生模块、激光检测模块、自主避障模块；飞行机器人间通过无线网络进行通讯连接，并通过无线通讯模块协调各飞行机器人间进行协同工作，自动建立无线通讯网络；飞行机器人利用环境探测模块对环境进行探测，并通过无线通讯网络向移动载体机器人传输探测信息，再通过移动载体机器人向操控终端回传现场探测信息；

移动载体机器人的激光发生模块发射激光束引导飞行机器人飞行，飞行机器人利用激光检测模块可感知激光束，该飞行机器人在激光引导、操控终端的遥控与自主避障模块的联合控制下进行飞行；飞行机器人间也可利用激光引导飞行；

所述的光纤释放装置是一个中心安装有光纤滑环的光纤绞盘装置，用于光纤储存与释放，安装在移动载体机器人上，随着其行进而被动释放光纤延长通讯长度；

所述的环境探测模块安装在移动载体机器人和飞行机器人上，包括气体传感器、温度传感器、生命探测装置、摄像设备，用以探测坑道内的气体成分、环境温度、生命信息以及坑道内的图片与视频信息；

所述的移动载体机器人4的移动机构7可以是履带式移动机构，可以是轮式移动机构，可以是轮履复合式移动机构，可以是摇杆式移动机构；

所述的飞行机器人5的飞行机构10可以是固定翼飞行机构，可以是旋翼飞行机构，可以是扑翼飞行机构。