一种基于三维建图和虚拟现实的人机交互系统

以提高人机共融水平为目的,以救援机器人为背景,提出并实现基于三维建图和虚拟现实(VR)技术的人机交互系统.在该系统中,救援机器人基于多线激光雷达和惯性测量单元(IMU)实时构建环境的三维点云地图,并将建图结果增量式地表示为3D-NDT地图,实时传输至操作台的虚拟现实系统中可视化;同时,操作人员利用虚拟现实系统的交互设备生成机器人的控制指令,控制机器人运动,构成一个完整的人在回路的人机交互系统.该系统在将机器人环境实时在虚拟现实中可视化的基础上,可以给操作人员以极强的沉浸感,有利于操作人员更直接地理解机器人所处环境.此外,该系统作为一种新的人机交互方式,为提高人与机器人的自然交互水平提供了新思路,对促进人机交互技术的发展具有重要意义.     

基于改进蚁群算法的消防隐患感知及智能疏散决策模型研究

针对典型蚁群算法在处理大型公共建筑消防隐患感知及智能疏散决策问题时存在的多源异构数据同步感知缺失、处理非线性约束失效等若干先天弊端,提出一种基于改进蚁群算法的消防隐患感知及智能疏散决策模型.引入深度径向基神经网络作为消防隐患感知优化载体,采集训练数据预测误差并映射至经典蚁群算法,建立消防隐患感知与最优疏散路径的逻辑对应...     

矿山救援机器人群设计

针对目前矿山机器人适应性差、通信能力弱、机动性差等问题,设计了矿山救援机器人群。该机器人群主要包括通信机器人、搜救机器人、辅助救援机器人和数据处理中心。通信机器人利用超宽带雷达进行生命探测,找出被困人员的具体位置,同时通过内置中继设备保证救援过程中的信息传输;搜救机器人按照实时路径规划行驶并传回音频、视频、井下环境信息,在找到被困人员之后充当通信设备,构建救援人员与被困人员的通信渠道;辅助救援机器人包括负责打通救援路径的清障机器人和为被困人员输送救援物品的物资运送机器人;数据处理中心根据被困人员位置信息,通过GIS规划搜救机器人的搜救路线,并根据井下实时信息进行路径修正。机器人群中各类机器人相互协作、功能互补、信息统一化处理,可有效减少因灾后环境不明而带来的二次伤害,提高救援效率。     

矿山钻孔救援探测机器人设计

基于矿山钻孔救援探测需求,针对现有探测机器人信息探测范围窄、探测距离较短、功能单一、无越障能力等问题,设计了一种矿山钻孔救援探测机器人。该机器人能够通过Φ225mm救援钻孔到达煤矿井下,利用携带的传感器和摄像头获取灾变区域的环境信息和被困人员信息,并将信息实时传到地面;以NI myRIO作为控制核心,采用LabVIEW图形化编程构建控制系统,利用有线通信方式实现机器人在灾变区域内的数据远程控制。试验结果表明:该机器人运动性能良好,具有体积小、质量轻、越障能力强等特点,可顺利通过救援孔,能够对井下环境信息进行实时检测和传输,为地面救援指挥中心决策提供了第一手资料。     

机器视觉的灾后救援机器人越障系统设计

为了辅助救援人员更好地完成灾后救援工作,设计了一种基于机器视觉、多传感器耦合的灾后救援机器人越障系统.通过机器视觉系统获取障碍物图像信息,多传感器耦合获取灾后现场环境信息,采用VC++编程,借助OpenCV库对障碍物图像进行一系列数学形态学的处理,利用图像处理得到障碍物数字图像信息,并实时地传输到控制端,控制机器人进行越障救援.该系统成功地控制机器人快速的越障试验,表明了它具有较强的地面适应性和越障能力,满足灾后救援机器人系统的要求,具有一定的应用价值.     

基于AT89C52单片机的智能灭火机器人应用技术解析

消防救援工作中常会遇到突发状况,如果对火灾现场的了解不足,就很难展开合理的消防救援,甚至会对消防人员的安全造成隐患。而基于AT89C52单片机的智能灭火机器人的发明就刚好可以解决这一问题。智能灭火机器人可以进入火灾现场,并对现场环境进行探测,并将信息传输回来,消防人员通过对现场信息进行合理分析,制定合理的救援方案。     

一种新型可变形智能救援机器人系统设计

针对灾后救援人员无法快速进入灾难现场迅速准确地得到灾难现场信息的问题及救援工作的危险性和紧迫性,研究并建立了一种新型可变形智能救援机器人系统。它主要由履带式可变形小车、远程控制设备和视觉系统组成,可用于灾后人不能进入的地方。实验证明该系统能够可靠有效地工作,测试结果可以实现预期的功能。采用双目立体视觉系统和适应力极强的履带式可变形小车系统可以使本机器人用于未知领域或其他复杂环境的探测,提高救援机器人的广泛性和实用性。     

多功能搜救机器人设计

地震、火灾、矿难等事故会给人们的生命及财产造成极大的危害,而且灾难现场情况复杂,在情况不明的情况下,救援人员难以开展救援工作。本文针对上述情况提出了一种多功能搜救机器人的设计方案。该搜救机器人通过热释传感器与摄像头的配合,来寻找幸存者,搜救人员通过蓝牙对该机器人远程控制,并通过摄像头传回的信息及时掌握搜救现场的情况,还利用了软件延时的方法来实现多路PWM波输出,在不增加任何硬件接口的前提下,实现了8路PWM波的输出。运行过程中,机器人采集现场的温度及烟雾浓度数据,车载三自由度机械手搬运物体,为救援人员提供现场的环境信息。该机器人移动平台采用的结构,具有更好的稳定性和爬坡能力。实验表明,该机器人能在搜救人员的控制下快速、准确地搜索到目标。     

语义地图导航的智能化服务机器人研究

基于语义地图导航的智能化服务机器人系统,以搭载深度相机和二维激光雷达的差分轮智能车的形式呈现。系统以树莓派作为主控制器,利用OpenCR控制电机驱动和辅助驾驶传感器,通过ROS机器人操作系统将机器人控制器、智能信息处理模块和各类传感器融合成一个有机整体。所构建的机器人系统在服务过程中,通过感知周围环境、收集数据完成静态、动态物体的辨识,然后结合二维地图数据完成目标检测和语义地图的构建。为了提升系统智能化程度,配合深度推理神经计算棒,并结合Mobile Net网络架构下的SSD目标实时检测算法,提高了视觉感知的实时程度以及准确性。     

智能矿山平台建设与实现

针对现阶段数字化矿山建设中存在矿井基础参数采集内容少、集成数据综合利用价值低、数据应用分析比较单一等问题,探讨了智能矿山平台的内涵,提出了智能矿山平台设计架构,详细介绍了平台实现的关键技术。该平台利用感知技术及高可靠性的现场控制技术,可实现对作业现场环境、人员、设备的全方位感知及物联控制,对矿山整体生产过程实现智能监控;利用大数据处理技术构建统一的数据运维层,可实现矿山主数据、实时监测监控数据、地理地测数据、运营管理数据等的统一管理、利用,提高数据利用率;利用大数据及深度学习技术将采集、录入及抽取的数据进行汇总、分类处理,实现数据的综合利用,提升矿山管控能力。     

Real-time exploration of a multi-robot rescue system in disaster areas

A system procedure is proposed for a multi-robot rescue system that performs real-time exploration over disaster areas. Real-time exploration means that every robot exploring the area always has a communication path to human operators standing by at a base station and that the communication path is configured by ad hoc wireless networking. Real-time exploration is essential in multi-robot systems for USAR (urban search and rescue) because operators must communicate with every robot to support the victim detection process and ad hoc networking is suitable to configure a communication path among obstacles. The proposed system procedure consists of the autonomous classification of robots into search and relay types and behavior algorithms for each class of robot. Search robots explore the areas and relay robots act as relay terminals between search robots and the base station. The rule of the classification and the behavior algorithm refer to the forwarding table of each robot constructed for ad hoc networking. The table construction is based on DSDV (destination-sequenced distance vector) routing that informs each robot of its topological position in the network and other essentials. Computer simulations are executed with a specific exploration strategy of search robots. The results show that a multi-robot rescue system can perform real-time exploration with the proposed system procedure and reduce exploration time in comparison with the case where the proposed scheme is not adopted.     

基于OPC的服务机器人监控系统设计

提出一种适用于敬老院环境的助老助残服务机器人监控系统设计方案。基于专为服务机器人制定的助老助残服务机器人以太网协议、OPC技术,实现机器人数据与监控平台的实时传输,为7种服务机器人分别定制其OPC Server,利用ASP技术集成数据库操作与OPC Client,将机器人的实时数据存入数据库,创建Web Server,为浏览器界面提供数据,以此实现远程监控。实际应用证明了该方案的可 行性。     

Insights toward robot-assisted evacuation

This paper considers the problem of human evacuation assistance. We discuss how this kind of task differs from the more prevalent search and rescue tasks, and the resulting implications for the design of assistive evacuation systems. We describe the implementation and evaluation of an algorithm for deploying audio navigational cues throughout an office building with a team of mobile robots. A review of evacuation dynamics methods is presented and particular methods are applied on-line during deployment. We use a pedestrian simulation and a simple model of audio–evacuee interaction to show the effects of beacon deployment; the results indicate that even a small number of beacons can significantly decrease the mean and variance of egress time and distance. We also advance uses for human motion-based measures of environment complexity for general mobile robotics.     

机器人技术研究进展

机器人技术的研究已从传统的工业领域扩展到医疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、救灾救援等新领域, 并快速发展. 本文简要介绍了工业机器人、移动机器人、医疗与康复机器人和仿生机器人研究中的部分主要进展, 并通过分析和梳理, 归纳了机器人技术发展中的一些重要问题, 探讨机器人技术的发展趋势.     

基于深度时空Q网络的机器人疏散人群算法

针对目前人群疏散方法中机器人灵活性低、场景适应性有限与疏散效率低的问题,提出一种基于深度强化学习的机器人疏散人群算法。利用人机社会力模型模拟突发事件发生时的人群疏散状态,设计一种卷积神经网络结构提取人群疏散场景中复杂的空间特征,将传统的深度Q网络与长短期记忆网络相结合,解决机器人在学习中无法记忆长期时间信息的问题。实验结果表明,与现有基于人机社会力模型的机器人疏散人群方法相比,该算法能够提高在不同仿真场景中机器人疏散人群的效率,从而验证了算法的有效性。     

Cooperative task excecution of a search and rescue mission by a multi-robot team

Rescue robots have proved to be an extremely useful work partner for urban search and rescue (USAR) missions. Human rescuers who carry out these missions frequently enter dangerous zones to search for survivors; however, due to the unstable nature of collapsed buildings or objects, their lives may also be threatened. For this reason, in order to reduce life-threatening risks, rescue robots are deployed to carry out the job instead. Rescuers can now operate the robots at a safe place while the missions are carried out. When the robots have gathered enough information about the location of the victims and data about their physical conditions, rescuers can then enter the disaster site with enough knowledge to avoid harm and rescue the victims in the shortest time possible. In this paper, we introduce examples of 'effective multiple robot cooperative activities' and 'a study of the number of robots and operators in a multi-robot team' from our experiences gained from participating in RoboCup Rescue competitions.     

矿用数字广播救援引导系统的设计

为解决煤矿井下灾害救援时通信信息不畅的问题,设计了一种新型的矿用数字广播救援引导系统,介绍了系统关键技术、主要装备及特点。该系统采用IP网络通信、多媒体处理、数字广播通信等技术,为煤矿井下危险区域人员紧急疏散及撤离、地面远程指挥管理决策、救援通信与逃生引导等工作提供了针对性的实时信息与技术保障,提高了矿井应对突发情况的能力。     

基于人机社会力模型的人群疏散算法

针对公共场合紧急情况下人群疏散困难和效果有限的问题,提出一种基于人机社会力模型的机器人疏散人群的方法。首先,基于原始社会力模型提出了一种新的人机社会力模型,该模型在原始社会力模型的基础上加入了机器人对人作用的人机作用力;然后,基于人机社会力模型提出一种新的利用机器人疏散人群的方法,该方法在人群疏散场景中加入运动机器人,通过机器人自身的运动,利用人机作用力影响周围行人的运动状态,减小行人之间的压力,从而达到加快人群运动速度、提高人群疏散效率的目的。在室内封闭场景人群逃生、两群行人交错这两种典型的疏散场景中分别进行仿真实验,并将实验结果与未加入机器人的人群疏散结果进行对比分析,实验结果表明,基于人机社会力模型的机器人疏散人群的方法能够明显加快人群的运动,提高人群的疏散效率。     

基于机器视觉的自主式救援机器人的研究

本文将面向自主式救援机器人,从现阶段日本、中国对自主式救援机器人研究现状出发,深入分析自主式救援机器人的功能需求和硬件设备需求,并且结合自主式救援机器人工作中所具备的功能进行研究。在灾害事故当中,由于环境复杂救援人员难以勘探真实的灾害环境,从而影响救援效果,而自主式救援机器人则能够通过自身强大的移动、远程通信、监测与跟踪等功能为救援人员提供帮助。面对灾害事故频发的现代化社会,救援机器人的研发已成为全球重要的研究事项。