灾难救援机器人研究现状及机器人路径规划-PPT课件
消防机器人未来发展趋势报告ppt
人工智能技术的应用将进一步优化消防机器人的智能水平，提高其自主决策能力、目标识 别能力和避障能力。
无线通信技术
随着5G和6G技术的不断发展，未来的消防机器人将能够实现更高速的数据传输和更低延 迟的通讯，提高其响应速度和协同作战能力。
应用领域扩展
01 02
城市消防
随着城市化进程的不断加速，城市火灾的危害也越来越大，未来的消 防机器人将能够更好地适应城市环境，提高城市消防的安全性和效率 。
森林消防
森林火灾的危害同样不容小觑，未来的消防机器人将能够更好地适应 森林环境，提高森林消防的安全性和效率。
03
化工行业
化工行业的生产过程中存在大量的易燃易爆物质，未来的消防机器人
将能够更好地适应这些环境，提高化工行业消防的安全性和效率。
产业规模和增长预测
市场规模
随着消防机器人的不断发展，其市场规模也将不断扩大。未来几年，消防机 器人市场将以年均20%以上的速度增长。
国际市场竞争格局
国际消防机器人市场逐渐成熟，主要企业包括美国Honeywell、Johnson Controls以及日本Toshiba等。
产业发展策略建议
技术创新
产业协同
加强消防机器人的技术研发和创新，提高其 自主创新能力。
推动消防机器人产业与相关产业的协同发展 ，如智慧城市、智能制造等领域。
市场拓展
度将不断提高，进一步优化救援效率和安全性。
行业将迎来更多投资
03
随着消防机器人市场的逐步成熟，将吸引更多的投资进入，推
动行业快速发展。
对企业的建议
加强技术研发
鼓励企业加大技术研发投入，提升自主创新能力，抢占市场先机。
深化与政府合作
机器人在救援行动中的应用研究
机器人在救援行动中的应用研究自然灾害、事故、战争等突发事件经常会给人类带来不可估量的损失和伤痛。
在这些事件发生时，我们的第一反应是寻求帮助，而对于救援人员来说，以最快的速度在最短的时间内到达现场，并且有能力在恶劣的环境下执行任务，是至关重要的。
最近，随着机器人技术的发展和运用，救援领域也开始探索机器人在救援行动中的应用。
本文将探讨机器人在救援行动中的应用研究，主要包括机器人类型、救援任务、技术挑战、现状和未来发展方向等方面。
1. 机器人类型机器人的类型可以根据不同的分类标准进行划分。
在救援领域中，通常可以将机器人分为空中、地面和水下三类。
空中机器人主要包括在无人机和飞行器两种类型，它们可以在较短的时间内到达救援现场，拍摄现场照片和视频，提供实时数据和情报。
地面机器人可以分为轮式、足式和蛇式机器人。
轮式机器人是最常见的移动机器人，常用于搜索和清理废墟，转移垃圾等任务。
足式机器人具有较好的跨越和适应性能，可以在复杂地形中行走，例如在雪上、泥浆、树林和河床上。
蛇式机器人则具有菜单折叠、伸缩和弯曲的能力，可以在狭小的空间中穿梭，例如在受困的建筑物中。
2. 救援任务机器人在救援任务中的应用可以分为三类：搜索与施救、救援复原和照顾护理。
对于第一类搜索和施救的任务，机器人可以帮助寻找被困人员，分析灾害现场的情况，清理废墟，提供实时数据等。
机器人的操作可以按照预设的程序进行，避免了救援人员的危险，同时Also不影响救援工作的进行。
救援复原的任务包括修复管道、恢复交通道路等工作，机器人可以帮助救援人员完成这些时间和任务繁重的工作。
照顾护理任务则适合在偏远地区或是救援现场提供基础医疗服务的需求。
这些机器人不但可以提供基本的医疗服务，还可以快速为患者进行医学评估，避免了患者一度的恐慌。
3. 技术挑战机器人在救援行动中的应用也面临着一些技术挑战。
首先，机器人需要能够适应不同的环境。
无论是在地质条件恶劣的山区、海岸还是在复杂倒塌的建筑中，机器人都要适应目前的情况。
面向救援任务的双臂机器人协作运动规划与控制方法
感知模块与决策模块设计
感知模块设计
感知模块包括视觉、听觉、触觉等多种感 知方式，通过摄像头、雷达、传感器等设 备获取外部环境和机器人自身状态信息， 如障碍物位置、形状，机器人姿态、速度 等。
决策模块设计
决策模块基于感知信息进行动作决策，采 用基于规则、基于学习等方法，根据当前 状态和环境信息生成相应的控制指令，驱 动执行模块实现机器人动作。
基于仿生的运动规划方法
动作捕捉技术
动作捕捉技术通过捕捉人体的运动信息，来模仿生物的运动模式。这种方法可以很好地模拟生物的运动过程， 但在实际应用中需要解决一些问题，如捕捉设备的精度、实时性等。
强化学习算法
强化学习算法是一种通过试错学习的算法，它通过让机器人自主探索环境，来学习如何完成任务。这种方法在 动态环境中表现较好，但需要大量的试错和学习时间。
基于模糊逻辑的控制策略
要点一
模糊逻辑控制原理
模糊逻辑是一种基于人类逻辑推理的建模方法，通过将 输入变量划分为不同的模糊集合，并定义各模糊集合之 间的隶属度函数，实现对复杂系统的控制。
要点二
模糊逻辑控制在双臂机器人协作 中的应用
在双臂机器人协作中，可以利用模糊逻辑对机器人的运 动进行规划和控制，例如对机器人的姿态、速度等参数 进行调节，以实现协调运动。
基于强化学习的控制策略
强化学习控制原理
强化学习是一种通过试错学习的算法，通过 与环境的交互来学习最优行为策略。在强化 学习中，智能体通过接收奖励或惩罚来调整 其行为，以实现总体奖励的最大化。
强化学习控制在双臂机器 人协作中的应用
在双臂机器人协作中，可以利用强化学习算 法来学习最优的运动策略，例如通过Q-
learning或SARSA算法来学习状态转移和奖 励函数，以实现双臂机器人的协调运动。
福岛核泄漏预警救援机器人创作演示文稿课件
机器人可以应用于公共安全领域，如巡逻、监控、排查等任务，提 高公共安全保障能力。
工业生产
在工业生产领域，机器人可以执行高风险、高强度的工作，提高生 产效率和安全性。
未来发展趋势
技术创 新
随着机器人技术的不断 发展，未来机器人将会 更加智能化、自主化， 能够更好地适应各种复 杂环境和任务。
应用领域拓展
提高人类应对风险的能力
福岛核泄漏救援机器人的出现提高了人类应 对核事故等风险的能力，为保障人类安全作 出贡献。
感谢您的观看
THANKS
随着机器人应用领域的 不断拓展，未来机器人 的应用场景将更加广泛， 涉及领域也将更加多样 化。
人机协作
未来机器人将更加注重 人机协作，更好地实现 人机一体化，提高工作 效率和安全性。
06
结论与展望
机器人对福岛核泄漏救援的影响
01
高效作业
机器人能够在恶劣环境下持续工作，减轻救援人员的负担，提高救援效
机器人配备辐射检测设备，能够实时监测核辐射水平，为救援人员 提供准确的数据支持。
现场勘察
机器人能够进入事故现场，获取实时图像和数据，帮助救援人员了 解事故现场情况。
物资运输
在事故现场，机器人可以承担物资运输的任务，减轻救援人员的负担， 提高救援效率。
其他应用场景
灾难救援
除了核泄漏事故，机器人还可以应用于地震、火灾等灾难的救援 工作中，协助救援人员执行搜索、营救、运输等任务。
无线通信
机器人采用无线通信技术， 确保在复杂环境中仍能保 持稳定的通信连接。
机人设计
轻便灵活
机器人设计轻便、紧凑，方便运输和 部署，能够在复杂环境中灵活行动。
防水防尘
持久耐用
基于机器人的灾害救援技术研究
基于机器人的灾害救援技术研究机器人技术的发展给灾害救援提供了新的可能性。
在自然灾害、人为事故等紧急情况下，机器人可以在极端环境中执行任务，以减少人员伤亡和救援的难度。
在这篇文章中，我们将探讨基于机器人的灾害救援技术的最新研究进展。
一、机器人分类在灾害救援任务中，机器人通常分为以下两种：1.无人机无人机最适合在灾难组织中执行航空任务。
无人机可以搭载热成像相机、高清摄像机、红外线传感器等设备，以便为救援小组提供实时信息。
除此之外，无人机还可以被用作快速检查、物资和关键物品传输等任务。
2.地面机器人地面机器人可以从淤泥、水潭、酸性雷区、城市瓦砾中获取信息。
此外，相对于无人机，地面机器人可以夜间执行任务，建立网络、解开困难和搜目标。
常用的地面机器人包括：人形机器人、蛇形机器人、巡航机器人、拆除机器人、搜寻机器人等。
二、机器人在灾害救援中的应用1.侦查与救援机器人应用于救灾现场侦查时，能够快速测量和分析现场的环境，以便制定救援计划。
例如，电视媒体新闻中常见的吊诡型机器人，既可以快速前往地面上所有难以传达的地方，取走影像同时传送到指挥官、救援队员手中。
2.布线与搜救无人机和地面机器人的行动力范围可以实现远程搜救。
在特别恶劣的环境下，机器人系统不仅可以进行搜救、寻找和补救，而且可以相对便宜地实施。
此外，机器人还可以用于在灾害现场布置通讯设施，加快救援时多方快速搜集和传递信息。
3.清理碎片与拆除机器人可以完成从地下甚至水中救出被困者、清除碎片和阻碍防止移动的重物等任务。
例如，在清理地震碎片时，压在救援物品上的房屋废墟极可能引起二次灾害，而机器人系统在这方面发挥着不可忽视的作用。
4.医疗与援助在医疗紧急情况下，机器人可以提供生命支持系统、重病救治设备、紧急医疗设施等服务。
此外，它们还可以协助推广病人的信息，让救援队员得知病情，提供医护人员到达前临时性支持、观察、传输、监控等服务。
三、机器人性价比的优势机器人与人类救援队员的目标是共同完成恢复生活的使命。
机器人在灾难救援中的应用
机器人在灾难救援中的应用当灾难降临，人类的脆弱性便暴露无遗。
面对自然灾害的猛烈冲击，我们常常感到无力和绝望。
然而，随着科技的发展，一种新兴的力量正在逐渐崛起，为我们在灾难面前提供了一线希望。
这股力量，就是机器人。
机器人在灾难救援中的应用，就像一盏明灯照亮了黑暗中的人们。
它们不畏艰险，勇往直前，成为了人类抵御灾难的重要武器。
在地震、火灾、洪水等自然灾害中，机器人发挥着不可替代的作用。
首先，机器人能够在极端环境下进行救援行动。
传统的救援方式往往受到环境的限制，无法迅速有效地展开救援工作。
而机器人则能够穿越狭窄的通道、跨越崎岖的地形，甚至进入高温、有毒的环境中执行任务。
它们的存在，使得救援工作不再受到环境和条件的限制，大大提高了救援效率。
其次，机器人能够提供精确的信息支持。
在灾难发生后，信息的收集和传递对于救援工作的顺利进行至关重要。
然而，由于灾难现场的复杂性和危险性，人类往往难以获取准确的信息。
而机器人则能够通过搭载各种传感器和设备，实时监测灾区的情况，并将数据传输回指挥中心。
这些精确的信息不仅有助于制定救援计划，还能够避免不必要的人员伤亡。
此外，机器人还能够承担一些高风险的任务。
在灾难救援中，有些任务对于人类来说风险极高，甚至可能危及生命。
而机器人则能够代替人类执行这些任务，减少人员伤亡的风险。
例如，在核泄漏事故中，机器人可以进入辐射区域进行清理和修复工作；在火灾现场，机器人可以进入火场进行灭火和搜救工作。
这些高风险的任务对于机器人来说只是日常工作，但对于人类来说却是生死攸关的挑战。
当然，机器人在灾难救援中的应用还面临着一些挑战和问题。
例如，如何提高机器人的智能化水平，使其能够更好地适应复杂的灾害环境；如何加强人机协作，提高救援效率；如何确保机器人的安全性和可靠性等等。
这些问题需要我们不断探索和解决，以推动机器人在灾难救援领域的进一步发展。
总之，机器人在灾难救援中的应用为我们带来了新的希望和机遇。
不确定性环境下的机器人自主导航与路径规划
不确定性环境下的机器人自主导航与路径规划机器人是一种能够在不确定性环境下自主导航和规划路径的智能设备。
在现实世界中，机器人常常需要在未知的环境中进行工作，如自动驾驶车辆在城市街道上行驶，或者在火灾中协助人们逃生的救援机器人。
在不确定性环境下，机器人面临着多种挑战，例如障碍物避免、路径选择、定位和地图构建等。
为了实现有效的自主导航和路径规划，机器人需要使用各种传感器与外部环境进行交互，并结合智能算法进行决策和规划。
首先，机器人需要具备感知能力，通过激光雷达、摄像头、红外传感器等感知设备获取环境信息。
这些传感器能够测量距离、检测障碍物、识别地标等，从而帮助机器人建立地图，并实时更新环境模型。
基于感知获得的信息，机器人需要进行路径规划。
路径规划的目标是找到一条从起点到终点的最优路径，在考虑环境约束和检测到的障碍物的情况下，使机器人能够安全、高效地到达目的地。
常用的路径规划算法包括Dijkstra算法、A*算法和RRT算法等。
然而，在不确定性环境中，机器人经常会面临未知的障碍物和不可预测的变化。
为了应对这些挑战，机器人需要具备自主决策能力。
这意味着机器人需要能够评估不同路径的风险，并选择最佳路径来避免潜在的危险。
例如，当机器人检测到某条路径上有障碍物时，它可以根据障碍物的特性和环境条件，选择绕过障碍物或者选择另一条路径。
同时，机器人还需要具备定位能力。
准确的定位信息对于机器人的导航和路径规划至关重要。
传感器融合技术可以结合多种传感器的数据，通过滤波和估计算法来提高机器人的定位精度。
例如，将激光雷达与GPS数据进行融合，可以更准确地估计机器人的位置。
在机器人导航过程中，还需要考虑动态环境的影响。
例如，其他移动物体的存在会对机器人的路径规划和导航造成影响。
为了应对这些动态环境的变化，机器人需要具备实时感知和决策的能力，能够快速调整路径或避让其他物体。
此外，为了实现机器人的自主导航，远程控制和集中式决策的方法已经不再适用。
救援机器人简介演示
水灾救援
水下搜索
在水灾中，救援机器人可以进入水下环境，搜索并找到被困人员。
打捞和运输
救援机器人可以携带打捞设备，对被困人员进行打捞，同时还可以 运输物资和设备，提供必要的支持。
探测和测量
救援机器人还可以利用传感器和测量设备，探测水下的地形、障碍 物等信息，为救援人员提供决策依据。
其他灾害救援
核辐射救援
救援机器人将更加智能化，具备自主决策和学习 能力，能够根据环境变化做出快速响应。- 多功 能化发展
救援机器人需要具备高度智能化的技术，包括传 感器技术、控制技术、通信技术等，以实现自主 导航、决策和交互等功能。- 环境
救援机器人通常采用高性能电池作为动力源，如锂电池、镍氢电 池等。
能量管理
电源技术涉及能量管理策略，通过优化功耗、回收能量等方式， 延长机器人的工作时间。
充电方式
电源技术还需支持快速充电功能，以便在必要时为机器人快速补 充能量。
06
未来救援机器人的发展趋势和 挑战
未来救援机器人的发展趋势和挑战
发展趋势- 智能化发展 面临的挑战- 技术挑战
控制技术
运动控制
01
救援机器人需要具备稳定、精确的运动控制能力，以实现自主
行走、越障等动作。
路径规划
02
控制技术还包括路径规划，根据感知到的环境信息，为机器人
规划出安全、有效的行进路线。
决策与任务执行
03
控制技术还需处理各种决策问题，如任务选择、优先级排序等
，确保机器人在执行任务时能够做出正确的决策。
通信功能
救援机器人可以与外界建立通 信联系，及时传递被困人员的
状况和位置信息。
自主导航功能
救援机器人具备自主导航能力 ，能够在复杂的环境中自主行
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1.1日本的研究
一些大公司也介入了救援 机器人的研究和开发, 他 们通常采用与研究所或和 大学进行合作的形式进行 研究, 一方面企业为研究 所提供必要的研究资金和 试验场地, 同时企业还为 研究成果的产品化提供通 往市场的桥梁
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1.5 灾难救援机器人发展方向
1、多种技术融合化
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1.5 灾难救援机器人发展方向
2、多智能体网络化
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2.什么是路径规划
2.1 定义
依据某种最优准则，在工作空间中寻找一条从起始状 态到目标状态的避开障碍物的最优路径。
新的技术如数字温度摄像机具有很好的识别能力, 但是对操作者 具有很高的要求。地面穿透雷达、微波雷达、激光探测仪具有很 好的效果, 但是系统的花费和能量消耗均较多, 另外的一种可能就 是利用人工智能技术、纳米技术或仿生技术来开发价格低传感器。
救援机器人多传感器之间存在信息的处理和融合问题。
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1.4 灾难救援机器人关键性能
在救援机器人的能源供给方面, 需要采用有线和无线相结合的方 式, 以保障救援机器人足够的动力和工作时间。
应该具有自适应能力, 具有预见能力。它们应该能适应环境, 适合 完成挑战性的工作, 并且具有智能以至于能够应对由各种不稳定 和不确定的因素所引起的干扰。
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1.4 灾难救援机器人关键性能
运动能力:
通信能力:
操作人员和机器人之间的通信、操作人员和遇难者之间的通信和 多救援机器人之间的通信。所有的通信通常采用无线的方式。
理想的情况是自主机器人具有通过灾难现场一切环境的能力, 对 遇难者进行定位,与救援队伍进行通讯和联系实际上, 这里包含了 大量的软件处理与计算, 机器人自身难以独立完成,人机交互的介 入是必要和必须的。
灾难救援机器人研究现状 及路径规划概述
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主要内容
1.灾难救援机器人研究现状 2.什么是路径规划 3.路径规划的常用方法 4.人工势场法
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1.1日本的研究
2002年开始, 日本文化科学部确立了“ 大都市大震灾减 灾特别计划” 的研究计划,进一步开发在地震中使用的 救援机器人。 研发内容包括用于观察灾难环境的机器 人系统、传感技术、人类接口技术和系统集成
……
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1.4 灾难救援机器人关键性能
救援机器人的关键性能主要有以下几个方面: 存活能力 运动能力 感知能力 通讯能力 作业能力。
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1.4 灾难救援机器人关键性能
存活能力:
救援机器人的存活能力主要是机器人本体的可靠性、耐用性和 适应性问题。灾难后环境中存在毒气、毒液、生化、放射性、非 常温和二次倒塌等危险, 机器人对环境的适应特别重要。在温度 方面,灾难后环境存在高温可能, 机器人本体必须能够克服条件的 影响, 设计时在材质的选择上需要进行周密的考虑。
如图所示的五种机器人分 别为东芝、三菱重工等公 司研制。
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1.2美国的研究
“ 9.11” 事件后, 灾难救援机器 人技术在美国日益受到重视。 “9.11 ” 事件的灾难现场救援 认为是灾难救援机器人的第一 次实际应用。
在纽约世界贸易中心遭到恐怖 袭击发生后几小时, 美国“ 机器 人辅助搜救中心” 应纽约市紧 急事务管理办公室要求, 立即组 织了一支由机器人专家和生产 厂家技术人员构成的队伍。
川崎市为该项目建立了公用试验场地,并建立了国际救 援系统研究所。
目的是实现在非常困难的大规模灾害救援活动中, 即使 是在混乱中也能对进行情报收集和判断, 根据灾害状况 进行最优的救助。
计划中主要研究工作有对机器人、智能传感器、携带终 端装置和人机接口等进行研究开发, 进行能动地、智能 地情报收集, 用网络进行情报的传递、汇总和归纳等。
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1.3中国的研究
提出围绕奥运会和世博会的安保工作, 研发我国的立体安全保卫装备系统的 建议， 具体是研究开发适用于地面、 墙面、涵道的先进探测机器人、超小 型飞行器、浅水潜游探测机器人, 形 成能对奥运会的运动场馆、世博会的 会展现场以及重要设施和场所进行全 方位立体的危险品探测以及对重要场 所进行立体应急处理安全保卫装备系 统。
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1.4 灾难救援机器人关键性能
感知能力:
对救援机器人而言, 救援机器人的传感器是最脆弱的元件, 它主要 有三个方面的传感要求对机器人的控制、对环境的检测和对遇难 者的发现。
机器人的控制方面, 为了让机器人正常工作, 必须对机器人的位置、 姿态、速度和系统内部状态等进行检测, 系统可以采用传统机器 人的摄像机、激光测距仪、超声测距仪、接触和接近传感器、红 外线传感器和雷达定位传感器等。
灾难救援环境对机器人的运动能力要求较高,机器人移动平台十 分重要。
机器人必须不断地翻越各种垂直的障碍物, 平台的稳定性和自调 整能力很重要, 要尽可能避免由从高度坠下而将机器人摔碎。目 前解决这些困难的方法是设计一种蛇形机构, 这种机构已被证实 是有效的搜救机构之一。
灾难后环境存在松软的灰土地面、由于消防用水或漏水导致的泥 泞路面及坎坷不平的废墟地面等多种地面地形, 机器人必须具有 高度的地面适应性能, 在轮式、履带式和腿式等移动机构当中,履 带、轮、腿复合的复合移动机构将被广泛采用。
在863计划资助下, 中国科学院沈阳自 动化研究所开展了多项危险作业和极 限作业机器人研究,其中救援机器人是 重要的一个部分。
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1.3其它国家的研究
意大利罗马大学系统科 学与工程学院人工智能 实验室启动了“ 救援工 程”
加拿大国防部从国防安 全的角度制定了救援机 器人研究计划
英国、伊朗等国也涌现 了许多救援机器人研究 者和救援机器人比赛的 参与者
多救援机器人之间的通讯, 受到废墟遮挡的影响, 目前还不能够很 好地在救援机器人系统中实现, 但是它也是迫切需要解决的问题 之一。
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1.4 灾难救援机器人关键性能
机器人的作业能力是机器人的存活能力、 运动能力、感知能力、通信能力和人机交互 有机结合的体现,它主要包括以下几个方面：
勘探 搜寻 救助