[发明专利]一种基于虚拟现实与ACP平行智能的隧道救援系统及方法

权利要求书

1.一种基于虚拟现实与ACP平行智能的隧道救援方法，所述方法采用一种基于虚拟现实与ACP平行智能的隧道救援系统，所述系统包括：

主控制模块，主控制模块与机器人定位模块、通讯模块、电机伺服驱动模块、以及电源管理模块连接；

电机伺服驱动模块，电机伺服驱动模块与运动模块相连，用于接收主控制模块的指令，驱动运动模块动作；

运动模块，包括伺服电机，伺服电机驱动机器人在导轨上运动，所述导轨安装于隧道侧壁上；

机器人定位模块，用于实时获取机器人的位置信息，并发送给主控制模块；机器人定位模块包括光电编码器，光电编码器与驱动机器人在导轨上运动的伺服电机同轴相连，伺服电机带动光电编码器的光栅盘旋转，检测脉冲信号转换成位移，从而实时获取机器人的位置信息；

通讯模块，用于接收上位机的检测指令，并将检测指令发送给主控制模块；

虚拟现实模块，用于在机器人运动过程中，实时采集当前环境信息，并将环境信息发送给上位机，上位机根据环境信息完成动态地图重构，将重构后的地图信息发布到虚拟仿真平台上；

电源管理模块，包括1个24V电池组和1个12V电池组，分别用于给电机伺服驱动模块和主控制模块供电；12V电池组和24V电池组均与用于检测电池电量的STC3100芯片相连，STC3100芯片通过I/O接口用RS232总线与主控制模块相连；主控制模块、通讯模块、12V电池组均安装在主控制板上

辅助功能模块，用于检测隧道环境状况数据，并将隧道环境状况数据发送给主控制模块，主控制模块根据隧道环境状况数据判断隧道内是否有事故发生；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：通讯模块接收上位机的检测指令，将检测指令发送给主控制模块；主控制模块根据检测指令控制电机伺服驱动模块与运动模块开始运动；在运动过程中，机器人定位模块实时监测机器人当前位置并通过RS232总线通讯将位置信息反馈给主控制模块；主控制模块根据当前机器人在预设地图上的位置信息控制机器人运动巡检；

步骤2：主控制模块通过辅助功能模块发来的传感器数据，判断隧道内是否有事故发生；若主控制模块判断隧道内有事故发生，则执行步骤3；否则返回步骤1继续巡检；传感器数据为烟雾传感器和有害气体检测传感器检测到的数据；

步骤3：主控制模块将事故点的位置信息与机器人当前的位置信息发送给上位机，上位机将上述位置信息以坐标的形式反映在虚拟仿真平台中的地图以及机器人虚拟样机上，并在虚拟仿真平台中进行模拟，将模拟的数据反馈给主控制模块，进而实现机器人的准确定位并驱动机器人向事故点位置坐标运动；

步骤4：机器人在向事故点位置坐标运动的过程中，通过虚拟现实模块中的三维扫描仪，实时采集当前环境信息，并通过通讯模块将环境信息传输到上位机上，上位机根据环境信息完成表面重建，形成准确的三维模型，完成地图的动态建模，实现动态地图重构，最后将重构的地图信息发布到虚拟仿真平台上；

步骤5：上位机通过Unity3D建立的虚拟场景中控制机器人完成相应的动作，并进行运动仿真；在已有的路径规划中进行实时的路径修正，循环该过程并进行实时监控最终完成救援工作；机器人的控制一部分由机器人源程序自主控制，另一部分由通过Unity3D虚拟场景对机器人进行人工干预实时辅助控制；

路径修正的具体方法如下：

通过在Unity3D中建立与实际交通系统相对应的虚拟交通系统，利用计算实验的方法进行仿真系统的实验与评估，并建立相应的数据库，对可能出现的交通状况建立预案，在具体实现时，通过采集实际交通系统的数据导入到仿真系统中，仿真系统给出处理预案，并通过虚拟现实模块控制机器人运动，完成救援工作；

运动仿真控制方法具体如下：

先在上位机上构建虚拟3D场景，再进行虚拟样机的运动仿真，并进行判断与决策，通过机器人采集的各类传感器数据，对机器人虚拟样机进行位置姿态的确定以及虚拟3D场景的更新，使机器人与虚拟机器人的运动状态实时保持一致；在Unity3D平台上以机器人虚拟样机为控制对象，替代真实隧道机器人，对其状态进行判断并进行决策，完成轨迹规划，通过在虚拟仿真平台上使虚拟样机运动仿真，完成对机器人的轨迹规划，并执行；

步骤6：救援工作完成后，机器人返回初始位置，向上位机返回救援完成信息，各数据返回初始值，等待下一次工作指令。