本發(fā)明涉及機(jī)械臂控制，具體而言，涉及一種應(yīng)急救援用的機(jī)械臂控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、應(yīng)急救援任務(wù)通常發(fā)生在復(fù)雜、危險(xiǎn)且不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中，如地震、火災(zāi)、礦難等災(zāi)難場(chǎng)景。這些環(huán)境的復(fù)雜性和惡劣條件使得傳統(tǒng)的人工救援面臨巨大挑戰(zhàn)。首先，災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)常常充滿廢墟或不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，人工救援人員很難在安全的情況下迅速進(jìn)入災(zāi)區(qū)，導(dǎo)致救援時(shí)間被大大延長(zhǎng)。其次，在極端環(huán)境下，救援人員的安全始終是最重要的考慮因素，過(guò)多依賴人工救援會(huì)增加人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。為此，自動(dòng)化設(shè)備，尤其是機(jī)械臂的使用，成為解決這些問(wèn)題的一個(gè)有效手段。

2、然而，目前傳統(tǒng)機(jī)械臂的控制面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。尤其是在災(zāi)后環(huán)境中，通信設(shè)施往往被破壞或嚴(yán)重受限，無(wú)法保證實(shí)時(shí)、高效的指令傳輸，這可能導(dǎo)致機(jī)械臂無(wú)法精確執(zhí)行救援任務(wù)。由于機(jī)械臂通常需要從指令接收到執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間非常短，通信的不穩(wěn)定性會(huì)顯著降低其工作效率，并且可能造成任務(wù)失敗。其次，在地震、火災(zāi)或其他災(zāi)難中，災(zāi)區(qū)的環(huán)境會(huì)發(fā)生劇烈變化，建筑物可能會(huì)倒塌、道路可能會(huì)被阻塞，目標(biāo)（如被困人員、物品或設(shè)備）的位置和狀態(tài)也可能發(fā)生變化。這使得機(jī)械臂在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，必須能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，并根據(jù)實(shí)時(shí)信息做出快速響應(yīng)。而傳統(tǒng)的機(jī)械臂控制方式依賴于高頻的指令傳輸和人工干預(yù)，這種方式在環(huán)境復(fù)雜的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)變和即時(shí)反應(yīng)。

3、因此，急需發(fā)明一種應(yīng)急救援用的機(jī)械臂的控制技術(shù)，用以解決傳統(tǒng)機(jī)械臂控制在災(zāi)后環(huán)境中面臨通信不穩(wěn)定和環(huán)境劇烈變化的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致其無(wú)法靈活應(yīng)對(duì)復(fù)雜情境并高效完成救援任務(wù)的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提出了一種應(yīng)急救援用的機(jī)械臂控制系統(tǒng)及方法，旨在解決當(dāng)前技術(shù)中機(jī)械臂控制在災(zāi)后環(huán)境中面臨通信不穩(wěn)定和環(huán)境劇烈變化的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致其無(wú)法靈活應(yīng)對(duì)復(fù)雜情境并高效完成救援任務(wù)的問(wèn)題。

2、本發(fā)明提出了一種應(yīng)急救援用的機(jī)械臂控制方法，適用于抓取式救援機(jī)械臂，包括：

3、獲取救援臂的周側(cè)環(huán)境信息，并根據(jù)所述環(huán)境信息建立構(gòu)造模型；

4、獲取待救援目標(biāo)的狀態(tài)信息，并根據(jù)所述狀態(tài)信息評(píng)估待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分；

5、獲取救援臂與控制端之間的通信數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述通信數(shù)據(jù)，確定通信評(píng)分；

6、根據(jù)所述危機(jī)評(píng)分和通信評(píng)分，確定調(diào)整系數(shù)，并根據(jù)所述調(diào)整系數(shù)對(duì)所述救援臂接收所述控制端發(fā)送控制指令的預(yù)設(shè)接收頻率進(jìn)行調(diào)整；

7、獲取所述救援臂接收所述控制端發(fā)送控制指令的實(shí)時(shí)接收頻率，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)接收頻率與調(diào)整后的所述預(yù)設(shè)接收頻率之間的關(guān)系，確定所述救援臂是否自行救援，其中：

8、若所述實(shí)時(shí)接收頻率低于或等于所述預(yù)設(shè)接收頻率時(shí)，則確定所述救援臂根據(jù)接收到的所述控制指令進(jìn)行救援；

9、若所述實(shí)時(shí)接收頻率高于所述預(yù)設(shè)接收頻率時(shí)，則根據(jù)所述救援臂的尺寸信息和待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分以及構(gòu)造模型確定救援路徑，并根據(jù)所述救援路徑控制所述救援臂進(jìn)行自主救援，直至所述實(shí)時(shí)接收頻率低于或等于所述預(yù)設(shè)接收頻率時(shí)，控制所述救援臂按照控制指令進(jìn)行救援。

10、進(jìn)一步的，獲取待救援目標(biāo)的狀態(tài)信息，并根據(jù)所述狀態(tài)信息評(píng)估待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分時(shí)，包括：

11、獲取所述狀態(tài)信息中待救援目標(biāo)的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、氧氣濃度、危險(xiǎn)氣體濃度以及環(huán)境構(gòu)造振動(dòng)幅度；

12、獲取所述狀態(tài)信息中待救援目標(biāo)的呼吸頻率、實(shí)時(shí)體溫、臉部圖像；

13、將所述臉部圖像代入至預(yù)先建立的年齡模型，獲取所述待救援目標(biāo)的年齡；

14、將所述環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、氧氣濃度、危險(xiǎn)氣體濃度以及環(huán)境構(gòu)造振動(dòng)幅度代入至公式ⅰ，獲取所述待救援目標(biāo)的環(huán)境評(píng)分，其中所述公式ⅰ如下所示：

15、；

16、其中，e為所述環(huán)境評(píng)分，t為環(huán)境溫度，tmin為安全溫度起始度，tmax為安全溫度終止度，h為所述環(huán)境濕度，△h為預(yù)設(shè)安全濕度，hmin為安全濕度起始值，hmax為安全濕度終止值，o為所述危險(xiǎn)氣體濃度，△o為安全氧氣濃度，g為所述危險(xiǎn)氣體濃度，△g為安全危險(xiǎn)氣體濃度，v為所述環(huán)境構(gòu)造振動(dòng)幅度，vmax為振動(dòng)幅度的最大風(fēng)險(xiǎn)值，w1-w5為第一權(quán)重系數(shù)，且w1-w5均不為零；

17、將所述待救援目標(biāo)的呼吸頻率、實(shí)時(shí)體溫以及待救援目標(biāo)的年齡代入公式ⅱ，獲取所述待救援目標(biāo)的狀態(tài)評(píng)分，其中所述公式ⅱ如下所示：

18、；

19、其中，r為所述呼吸頻率，r為預(yù)設(shè)安全呼吸頻率范圍中心值，△r為預(yù)設(shè)安全呼吸頻率范圍，p為所述實(shí)時(shí)體溫，p為所述預(yù)設(shè)安全體溫范圍中心值，△p為所述預(yù)設(shè)安全體溫范圍，q為所述待救援目標(biāo)的年齡，q為預(yù)設(shè)健康年齡范圍的中心范圍，△q為預(yù)設(shè)健康年齡范圍，z1-z3為第二權(quán)重系數(shù)，且z1-z3均不為零；

20、將所述待救援目標(biāo)的環(huán)境評(píng)分和待救援目標(biāo)的狀態(tài)評(píng)分代入公式ⅲ，確定所述待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分，其中所述公式ⅲ如下所示：

21、y=c1·e+c2·s；

22、其中，y為所述危機(jī)評(píng)分，s為所述待救援目標(biāo)的狀態(tài)評(píng)分，e為所述待救援目標(biāo)的環(huán)境評(píng)分，c1和c2為第三權(quán)重系數(shù)，且c1和c2均不為零。

23、進(jìn)一步的，預(yù)先建立年齡模型時(shí)，包括：

24、獲取各年齡段的圖像信息，并提取各圖像中的面部特征，根據(jù)所述面部特征、所屬年齡段和圖像信息建立年齡特征關(guān)系式；

25、獲取所述年齡段中各年齡特征關(guān)系式的距離度量，并根據(jù)所述距離度量建立距離矩陣；

26、根據(jù)所述距離矩陣對(duì)各所述年齡特征關(guān)系式之間進(jìn)行遞歸合并，并獲取遞歸合并后各所述年齡段的各年齡特征關(guān)系式，建立所述年齡模型。

27、進(jìn)一步的，根據(jù)所述通信數(shù)據(jù)，確定通信評(píng)分時(shí)，包括：

28、獲取所述通信數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)傳輸延遲、傳輸速率和數(shù)據(jù)丟包率，并將所述數(shù)據(jù)傳輸延遲、傳輸速率和數(shù)據(jù)丟包率代入公式ⅳ，確定所述通信評(píng)分，其中所述公式ⅳ如下所示：

29、；

30、其中，m為所述通信評(píng)分，為所述數(shù)據(jù)傳輸延遲，f為所述傳輸速率，fmax為預(yù)設(shè)傳輸速率，j為所述數(shù)據(jù)丟包率，jmax為預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)丟包率，a1-a3為第四權(quán)重系數(shù)，且a1-a3均不為零。

31、進(jìn)一步的，根據(jù)所述危機(jī)評(píng)分和通信評(píng)分，確定調(diào)整系數(shù)時(shí)，包括：

32、根據(jù)所述危機(jī)評(píng)分與預(yù)先配置的預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分之間的關(guān)系，確定所述調(diào)整系數(shù)；

33、當(dāng)所述危機(jī)評(píng)分小于所述預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分時(shí)，則確定所述調(diào)整系數(shù)為△l0；

34、當(dāng)所述危機(jī)評(píng)分大于或等于所述預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分時(shí)，則根據(jù)所述危機(jī)評(píng)分與所述預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分之間的危機(jī)評(píng)分差值，確定所述調(diào)整系數(shù)。

35、進(jìn)一步的，根據(jù)所述危機(jī)評(píng)分與所述預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分之間的危機(jī)評(píng)分差值，確定所述調(diào)整系數(shù)時(shí)，包括：

36、根據(jù)所述危機(jī)評(píng)分差值與預(yù)先配置的第一預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值和第二預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值之間的關(guān)系，確定所述調(diào)整系數(shù)；

37、當(dāng)所述危機(jī)評(píng)分差值小于所述第一預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值時(shí)，則確定所述調(diào)整系數(shù)為△l1；

38、當(dāng)所述危機(jī)評(píng)分差值大于或等于所述第一預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值，且所述危機(jī)評(píng)分差值小于所述第二預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值時(shí)，則確定所述調(diào)整系數(shù)為△l2；

39、當(dāng)所述危機(jī)評(píng)分差值大于或等于所述第二預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值時(shí)，則確定所述調(diào)整系數(shù)為△l3；

40、其中，所述第一預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值小于所述第二預(yù)設(shè)危機(jī)評(píng)分差值，且△l0＜1＜△l1＜△l2＜△l3。

41、進(jìn)一步的，當(dāng)確定所述調(diào)整系數(shù)為△li，i=0,1,2,3，時(shí)包括：

42、根據(jù)所述通信評(píng)分與預(yù)先配置的預(yù)設(shè)通信評(píng)分之間的關(guān)系，確定是否對(duì)所述調(diào)整系數(shù)△li進(jìn)行修正：

43、當(dāng)所述通信評(píng)分大于或等于所述預(yù)設(shè)通信評(píng)分時(shí)，則確定不對(duì)所述調(diào)整系數(shù)△li進(jìn)行修正；

44、當(dāng)所述通信評(píng)分小于所述預(yù)設(shè)通信評(píng)分時(shí)，則根據(jù)所述通信評(píng)分與所述預(yù)設(shè)通信評(píng)分之間的通信評(píng)分差值，確定修正系數(shù)，并根據(jù)所述修正系數(shù)對(duì)所述調(diào)整系數(shù)△li進(jìn)行修正。

45、進(jìn)一步的，根據(jù)所述通信評(píng)分與所述預(yù)設(shè)通信評(píng)分之間的通信評(píng)分差值，確定修正系數(shù)時(shí)，包括：

46、根據(jù)所述通信評(píng)分差值與預(yù)先配置的第一預(yù)設(shè)通信評(píng)分差值和第二預(yù)設(shè)通信評(píng)分差值之間的關(guān)系，確定所述修正系數(shù)；

47、當(dāng)所述通信評(píng)分差值小于或等于所述通信評(píng)分差值時(shí)，則確定修正系數(shù)為△k3；

48、當(dāng)所述通信評(píng)分差值大于所述第一預(yù)設(shè)通信評(píng)分差值，且所述通信評(píng)分差值小于或等于所述第二預(yù)設(shè)通信評(píng)分差值時(shí)，則確定所述修正系數(shù)為△k2；

49、當(dāng)所述通信評(píng)分差值大于所述第二預(yù)設(shè)通信評(píng)分差值時(shí)，則確定所述修正系數(shù)為△k1；

50、其中，所述第一預(yù)設(shè)通信評(píng)分差值小于所述第二預(yù)設(shè)通信評(píng)分差值，且1＜△k1＜△k2＜△k3。

51、進(jìn)一步的，根據(jù)所述救援臂的尺寸信息和待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分以及構(gòu)造模型確定救援路徑時(shí)，包括：

52、根據(jù)所述構(gòu)造模型，獲取所述救援臂當(dāng)前路徑中的障礙物密集度和救援臂的半徑，并根據(jù)所述障礙物密集度和救援臂的半徑，確定所述救援臂的當(dāng)前路徑中復(fù)雜度；

53、獲取所述救援臂的當(dāng)前路徑中各所述待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分，根據(jù)所述待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分和當(dāng)前路徑中復(fù)雜度，確定各所述待救援目標(biāo)的救援代價(jià)；

54、將各所述待救援目標(biāo)的救援代價(jià)按正序進(jìn)行排序，并將排名第一的所述救援代價(jià)，確定為所述救援路徑。

55、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整救援機(jī)械臂的接收控制指令的頻率，能夠有效應(yīng)對(duì)災(zāi)后環(huán)境中通信不穩(wěn)定的問(wèn)題。當(dāng)通信受到限制時(shí)，機(jī)械臂能夠根據(jù)實(shí)時(shí)接收頻率和目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分，自主決定是否繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，并靈活調(diào)整救援路徑，從而提升了救援效率和機(jī)械臂的自主應(yīng)變能力。這種方法不僅優(yōu)化了機(jī)械臂的操作靈活性，還確保了即使在復(fù)雜環(huán)境中，救援任務(wù)也能順利進(jìn)行，減少了對(duì)實(shí)時(shí)通信的依賴。

56、另一方面，本技術(shù)還提供了一種應(yīng)急救援用的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，配置于抓取式救援機(jī)械臂，其采用如上述的一種應(yīng)急救援用的機(jī)械臂控制方法包括：

57、信息采集模塊，其配置有聲波檢測(cè)單元，所述信息采集模塊用于獲取救援臂的周側(cè)環(huán)境信息；

58、模型建立模塊，與所述信息采集模塊電性連接，所述模型建立模塊用于根據(jù)所述環(huán)境信息建立構(gòu)造模型；

59、第一評(píng)估模塊，配置有紅外檢測(cè)單元和圖像采集單元，所述第一評(píng)估模塊用于獲取待救援目標(biāo)的狀態(tài)信息，并根據(jù)所述狀態(tài)信息評(píng)估待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分；

60、第二評(píng)估模塊，與救援臂的控制端電性連接，所述第二評(píng)估模塊用于獲取救援臂與控制端之間的通信數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述通信數(shù)據(jù)，確定通信評(píng)分；

61、中控模塊，分別與所述救援臂的控制端、第一評(píng)估模塊和第二評(píng)估模塊電性連接，所述中控模塊用于根據(jù)所述危機(jī)評(píng)分和通信評(píng)分，確定調(diào)整系數(shù)，并根據(jù)所述調(diào)整系數(shù)對(duì)所述救援臂接收所述控制端發(fā)送控制指令的預(yù)設(shè)接收頻率進(jìn)行調(diào)整；所述中控模塊還用于獲取所述救援臂接收所述控制端發(fā)送控制指令的實(shí)時(shí)接收頻率，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)接收頻率與調(diào)整后的所述預(yù)設(shè)接收頻率之間的關(guān)系，確定所述救援臂是否自行救援，其中：

62、若所述實(shí)時(shí)接收頻率低于或等于所述預(yù)設(shè)接收頻率時(shí)，所述中控模塊則確定所述救援臂根據(jù)接收到的所述控制指令進(jìn)行救援；

63、若所述實(shí)時(shí)接收頻率高于所述預(yù)設(shè)接收頻率時(shí)，所述中控模塊則根據(jù)所述救援臂的尺寸信息和待救援目標(biāo)的危機(jī)評(píng)分以及構(gòu)造模型確定救援路徑，并根據(jù)所述救援路徑控制所述救援臂進(jìn)行自主救援，直至所述實(shí)時(shí)接收頻率低于或等于所述預(yù)設(shè)接收頻率時(shí)，控制所述救援臂按照控制指令進(jìn)行救援。

64、可以理解的是，本發(fā)明上述各實(shí)施例中的一種應(yīng)急救援用的機(jī)械臂控制系統(tǒng)及方法具有相同的有益效果，不再贅述。