一種煤礦搜救機器人及其認知行為搜救方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤礦搜救機器人及其認知行為搜救方法。煤礦搜救機器人包括機器人執行器、及認知行為控制器。機器人執行器包括機器人機體、及探測設備，探測設備安裝在機器人機體上，機器人機體的側部安裝有輪組，探測設備連接認知行為控制器，認知行為控制器提取探測設備所探測的特征信息進行比對處理，并根據處理結果控制機器人執行器動作。機器人執行器動作靈敏、越障能力強、可靠性高。用認識行為搜救方法，對捕捉的信息進行自主分析，自主選擇行動方案，具有自主認知能力，更能適應復雜的煤礦井下環境。
【專利說明】一種煤礦搜救機器人及其認知行為搜救方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤礦搜救機器人及其認識行為搜救方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，煤礦井下環境復雜，一旦發生安全事故，探測事故現場、及搜救井下工作人員都十分困難。
[0003]煤礦搜救機器人面對局部未知、動態、危險、復雜的井下環境，其任務有別于地面行走機器人，要求有更高地智能性和環境適應性來實現路標的自組織提取和識別。但是，當今大多數機器人不具備在井下復雜特殊環境中的認知控制和自主搜救行為，不能完全自主的實現對環境的空間認知，特別是重復執行的行為，不能實現自主的泛化知識的增量學習。由于無法及時了解礦井下危險情況，這給救援工作帶來很大的問題和困難，造成了重大的人員傷亡和巨大的財產損失。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術的不足，本發明提出了一種煤礦搜救機器人。在機構部分，采用越障能力強、可靠性高、更機動的行進結構；在控制方面，采用認識行為搜救方法，對捕捉的信息進行自主分析，自主選擇行動方案，具有自主認知能力。
[0005]本發明采用如下技術方案:
[0006]一種煤礦搜救機器人，包括機器人執行器、及認知行為控制器，所述機器人執行器包括機器人機體、及探測設備，探測設備安裝在機器人機體上，機器人機體的側部安裝有輪組，探測設備連接認知行為控制器，認知行為控制器提取探測設備所探測的特征信息進行比對處理，并根據處理結果控制機器人執行器動作。
[0007]所述輪組有四個，分別為前左輪組、前右輪組、后左輪組、及后右輪組，前左輪組與后左輪組之間、及前右輪組與后右輪組之間分別由驅動帶驅動連接。
[0008]所述四個輪組分別由驅動輪、及從動輪組成，驅動輪與從動輪通過從動帶連接成一體，驅動輪的輪軸通過曲柄連接從動輪的輪軸，從動輪通過從動輪固定銷與曲柄固定連接，曲柄連接有曲柄驅動軸。
[0009]所述探測設備包括光電傳感器、激光傳感器、高清攝像頭、及夜視儀，光電傳感器、及激光傳感器安裝在機器人機體的前部，高清攝像頭安裝在機器人機體的后部，夜視儀分別設在機器人機體的前端和后端。
[0010]所述高清攝像頭為360度旋轉高清攝像頭，光電傳感器為升降伸縮式光電傳感器，激光傳感器為升降伸縮式激光傳感器。
[0011]結合上述的一種煤礦搜救機器人提出了認知行為搜救方法，所述認知行為搜救方法是機器人執行器認知空間環境、自動處理的行為方法，包括如下步驟:
[0012](I)在認知行為控制器的反應式存儲單元內設置有應激反應數據集，應激反應數據集由多個應激反應數據子集組成，每個應激反應數據子集都包含有配對數據值、及配對數據值所對應的應激控制方案；在認知行為控制器的時空經歷存儲單元內存儲有機器人執行器的時空經歷數據集；
[0013](2)探測設備實時探測煤礦的空間環境，并將探測到的數據傳輸給認知行為控制器，認知行為控制器對數據進行提取；
[0014](3)若提取的數據無有效數據值，認知行為控制器控制機器人執行器執行原動作，之后重復步驟(2);
[0015](4)提取的有效數據值與時空經歷數據集比對，若與某個時空經歷數據集中的數據值相同，認知行為控制器控制機器人執行器執行此數據值對應的控制方案，之后重復步驟⑵；
[0016](5)若提取的有效數據值與時空經歷數據集比對，若與時空經歷數據集中的數據值不同，認知行為控制器在應激反應數據集內查找比對應激反應數據子集，若有效數據值與某應激反應子集的配對數據值相同，執行此配對數據值所對應的應激控制方案，并更新時空經歷存儲單元的時空經歷數據集，之后重復步驟(2)。
[0017]所述步驟(2)中探測設備探測到的數據包括機器人執行器的位置信息、及煤礦空間信息。
[0018]所述步驟(4)中提取的有效數據值與時空經歷數據集的比對采用時空聯想記憶網絡數學模型。
[0019]所述控制方案包括直行、越障、后退、左轉、右轉、及發送預警信號。
[0020]本發明的有益技術效果:
[0021]一種煤礦搜救機器人，包括機器人執行器、及認知行為控制器，所述機器人執行器包括機器人機體、及探測設備，探測設備安裝在機器人機體上，機器人機體的側部安裝有輪組，探測設備連接認知行為控制器，認知行為控制器提取探測設備所探測的特征信息進行比對處理，并根據處理結果控制機器人執行器動作。機器人執行器動作靈敏、越障能力強、可靠性高。采用認識行為搜救方法，對捕捉的信息進行自主分析，自主選擇行動方案，具有自主認知能力。
[0022]輪組有四個，前左輪組與后左輪組之間、及前右輪組與后右輪組之間分別由驅動帶驅動連接。機器人執行器更穩固，行動一致。
[0023]從動輪通過從動輪固定銷與曲柄固定連接，曲柄連接有曲柄驅動軸，曲軸轉動帶動驅動輪上升或下降，實現越障或下坡動作。
[0024]高清攝像頭為360度旋轉高清攝像頭，光電傳感器為升降伸縮式光電傳感器，激光傳感器為升降伸縮式激光傳感器。可精確探測煤礦的空間環境。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為機器人執行器結構示意圖。
[0026]圖2為認識行為搜救方法執行框圖。
【具體實施方式】
[0027]結合附圖1至2對本發明的【具體實施方式】做進一步說明:
[0028]一種煤礦搜救機器人，包括機器人執行器、及認知行為控制器。機器人執行器包括機器人機體1、及探測設備，探測設備安裝在機器人機體上，機器人機體的側部安裝有輪組，探測設備連接認知行為控制器，認知行為控制器提取探測設備所探測的特征信息進行比對處理，并根據處理結果控制機器人執行器動作。
[0029]輪組有四個，分別為前左輪組、前右輪組、后左輪組、及后右輪組，前左輪組與后左輪組之間、及前右輪組與后右輪組之間分別由驅動帶2驅動連接。四個輪組分別由驅動輪
9、及從動輪5組成,驅動輪9與從動輪5通過從動帶6連接成一體,驅動輪的輪軸通過曲柄8連接從動輪的輪軸，從動輪5通過從動輪固定銷4與曲柄8固定連接，曲柄8連接有曲柄驅動軸，曲軸轉動帶動驅動輪上升或下降，實現越障或下坡動作。前左輪組、及前右輪組尺寸相同，后左輪組、及后右輪組尺寸相同。
[0030]探測設備包括光電傳感器11、激光傳感器10、高清攝像頭3、及夜視儀7。光電傳感器11、及激光傳感器10安裝在機器人機體I的前部，高清攝像頭3安裝在機器人機體I的后部，夜視儀分別設在機器人機體的前端和后端。高清攝像頭3為360度旋轉高清攝像頭，光電傳感器11為升降伸縮式光電傳感器，激光傳感器10為升降伸縮式激光傳感器，探測不同距離的原始數據。探測設備可探測到井下圖像，機器人執行器的位置信息，及障礙物距離。
[0031]結合上述的一種煤礦搜救機器人提出了認知行為搜救方法，該方法是機器人執行器認知空間環境、自動處理的行為方法，包括如下步驟:
[0032](I)在認知行為控制器的反應式存儲單元內設置有應激反應數據集，應激反應數據集由多個應激反應數據子集組成，每個應激反應數據子集都包含有配對數據值、及配對數據值所對應的應激控制方案；在認知行為控制器的時空經歷存儲單元內存儲有機器人執行器的時空經歷數據集。
[0033](2)探測設備實時探測煤礦的空間環境，并將探測到的數據傳輸給認知行為控制器，認知行為控制器對數據進行提取；
[0034]探測設備探測到的數據包括機器人執行器的位置信息、及煤礦空間信息。有效值指超過設定的機器人執行器動作閾值的數據值。
[0035](3)若提取的數據無有效數據值，認知行為控制器控制機器人執行器執行原動作，之后重復步驟(2)。
[0036](4)提取的有效數據值與時空經歷數據集比對，若與某個時空經歷數據集中的數據值相同，認知行為控制器控制機器人執行器執行此數據值對應的控制方案，之后重復步驟⑵；
[0037]提取的有效數據值與時空經歷存儲單元存儲的經歷比對采用時空聯想記憶網絡數學模型。
[0038](5)若提取的有效數據值與時空經歷數據集比對，若與時空經歷數據集中的數據值不同，認知行為控制器在應激反應數據集內查找比對應激反應數據子集，若有效數據值與某應激反應子集的配對數據值相同，執行此配對數據值所對應的應激控制方案，并更新時空經歷存儲單元的時空經歷數據集，之后重復步驟(2)。
[0039]控制方案包括控制機器人執行器直行、越障、后退、左轉、右轉、及發送預警信號。
[0040]用認識行為搜救方法，對捕捉的信息進行自主分析，自主選擇行動方案，具有自主認知能力，更能適應復雜的煤礦井下環境。
[0041]當然，以上說明僅僅為本發明的較佳實施例，本發明并不限于列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的指導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質范圍之內，理應受到本發明的保護。
【權利要求】
1.一種煤礦搜救機器人，其特征在于，包括機器人執行器、及認知行為控制器，所述機器人執行器包括機器人機體、及探測設備，探測設備安裝在機器人機體上，機器人機體的側部安裝有輪組，探測設備連接認知行為控制器，認知行為控制器提取探測設備所探測的特征信息進行比對處理，并根據處理結果控制機器人執行器動作。
2.根據權利要求1所述的一種煤礦搜救機器人，其特征在于，所述輪組有四個，分別為前左輪組、前右輪組、后左輪組、及后右輪組，前左輪組與后左輪組之間、及前右輪組與后右輪組之間分別由驅動帶驅動連接。
3.根據權利要求2所述的一種煤礦搜救機器人，其特征在于，所述四個輪組分別由驅動輪、及從動輪組成，驅動輪與從動輪通過從動帶連接成一體，驅動輪的輪軸通過曲柄連接從動輪的輪軸，從動輪通過從動輪固定銷與曲柄固定連接，曲柄連接有曲柄驅動軸。
4.根據權利要求1所述的一種煤礦搜救機器人，其特征在于，所述探測設備包括光電傳感器、激光傳感器、高清攝像頭、及夜視儀，光電傳感器、及激光傳感器安裝在機器人機體的前部，高清攝像頭安裝在機器人機體的后部，夜視儀分別設在機器人機體的前端和后端。
5.根據權利要求4所述的一種煤礦搜救機器人，其特征在于，所述高清攝像頭為360度旋轉高清攝像頭，光電傳感器為升降伸縮式光電傳感器，激光傳感器為升降伸縮式激光傳感器。
6.如權利要求3所述一種煤礦搜救機器人的認知行為搜救方法，其特征在于，所述認知行為搜救方法是機器人執行器認知空間環境、自動處理的行為方法，包括如下步驟: (1)在認知行為控制器的反應式存儲單元內設置有應激反應數據集，應激反應數據集由多個應激反應數據子集組成，每個應激反應數據子集都包含有配對數據值、及該配對數據值所對應的應激控制方案；在認知行為控制器的時空經歷存儲單元內存儲有機器人執行器的時空經歷數據集； (2)探測設備實時探測煤礦的空間環境，并將探測到的數據傳輸給認知行為控制器，認知行為控制器對數據進行提取； (3)若提取的數據無有效數據值，認知行為控制器控制機器人執行器執行原動作，之后重復步驟⑵； (4)提取的有效數據值與時空經歷數據集比對，若與某個時空經歷數據集中的數據值相同，認知行為控制器控制機器人執行器執行此數據值對應的控制方案，之后重復步驟(2)； (5)若提取的有效數據值與時空經歷數據集比對，若與時空經歷數據集中的數據值不同，認知行為控制器在應激反應數據集內查找比對應激反應數據子集，若有效數據值與某應激反應子集的配對數據值相同，執行此配對數據值所對應的應激控制方案，并更新時空經歷存儲單元的時空經歷數據集，之后重復步驟(2)。
7.根據權利要求6所述的認知行為搜救方法，其特征在于，所述步驟(2)中探測設備探測到的數據包括機器人執行器的位置信息、及煤礦空間信息。
8.根據權利要求6所述的認知行為搜救方法，其特征在于，所述步驟(4)中提取的有效數據值與時空經歷數據集的比對采用時空聯想記憶網絡數學模型。
9.根據權利要求6所述的認知行為搜救方法，其特征在于，所述控制方案包括直行、越障、后退、左轉、右轉、及發送預警信號。
【文檔編號】B25J19/00GK104192219SQ201410413199
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】蘇春建, 張帥, 宋健, 董興華, 張鵬, 王薛滔, 李寧, 趙俊敏, 王永曉 申請人:山東科技大學