CN104020767A - 一种用于油气生产物联网的智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于油气生产物联网的智能机器人，包括机器人主体和控制终端，所述机器人主体包括驱动单元、环境信息采集端和视频信息采集端；所述环境信息采集端包括控制器、温湿度传感器、烟雾传感器和人体感应传感器，所述控制器还连接有第一无线通信模块；所述视频信息采集端包括相互连接的USB摄像头和嵌入式开发平台，所述嵌入式开发平台还连接有第二无线通信模块。本发明灵活性好，能够根据控制终端的控制到达任何需要进行环境监测的区域，近距离对环境信息进行采集并发送视频情况；并能够适应各类危险环境，主动发现生产现场出现的可燃有毒气体浓度超标等各类危险情况，极大地提高了生产安全性。
Description
技术领域
本发明属于物联网和自动控制技术领域，涉及一种用于油气生产物联网的智能机器人。
背景技术
油气勘探与开发行业是一种具有危险性的行业，其采油现场环境条件恶劣，可燃气体弥漫，大型生产设备数量与种类繁多，稍有不慎，极易发生事故，造成财产和个人安全不可估量的损失。随着信息技术的快速发展，油气生产物联网技术越来越多的应用到了油气勘探与开发行业，提高了石油工业中油气开采的智能化和安全性。油气生产物联网系统采用传感、射频、通信等技术，全面感知油气开采过程中多种生产数据和设备工作参数，以此提高油气生产过程中生产决策的准确性、实时性和安全性。但物联网应用于石油工业中才刚刚开始，目前油气生产物联网的环境信息采集一般采用定点监测的方式，灵活性较差，针对复杂环境难以进行全区域和近距离监测。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种灵活性好且控制方便的用于油气生产物联网的智能机器人。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种用于油气生产物联网的智能机器人，包括机器人主体和控制终端，所述机器人主体包括驱动单元、环境信息采集端和视频信息采集端，所述环境信息采集端和视频信息采集端安装于所述驱动单元上；
所述驱动单元包括行走机构和电机驱动电路，所述电机驱动电路能够驱动行走机构作任意方向的移动；
所述环境信息采集端包括控制器、温湿度传感器、烟雾传感器和人体感应传感器，所述温湿度传感器、烟雾传感器和人体感应传感器分别与控制器相连接；所述控制器还连接有用于与控制终端进行通信的第一无线通信模块，并与电机驱动电路相连接；
所述视频信息采集端包括相互连接的USB摄像头和嵌入式开发平台，所述嵌入式开发平台加载有能够将视频图像进行采集和压缩的视频服务器软件，且所述嵌入式开发平台还连接有用于与控制终端进行通信的第二无线通信模块。
进一步地，所述控制终端为PC机和／或Android智能手机。
进一步地，所述环境信息采集端与控制终端的通信方式为wifi、GPRS或蓝牙。
进一步地，视频信息采集端与控制终端的通信方式为wifi。
进一步地，所述环境信息采集端还包括红外避障传感器，所述红外避障传感器与控制器相连接。
进一步地，所述控制器还连接有报警器。
进一步地，所述嵌入式开发平台加载的视频服务器软件为MJPG-streamer视频服务器软件。
进一步地，所述嵌入式开发平台选用Tiny210嵌入式开发平台。
本发明智能机器人能够通过视频信息采集端，将所采集视频信息进行编码和压缩后通过无线通信方式传输到控制终端进行处理，在一定范围内，操控人员能够通过控制终端观看机器人传回来的视频图像，实现可移动的无线视频监控的目的；通过携带的温湿度传感器、人体感应传感器、烟雾传感器等模块，实现智能机器人对周围环境数据的采集功能，并通过无线通信方式实时传输至控制终端，为操控人员提供参考。同时智能机器人具有报警功能，当环境参数超过警戒值时，例如，当烟雾浓度传感器监测到周围可燃气体浓度超过设定的警戒值时，控制器将控制报警器发出报警信号。此外，本发明油气生产物联网智能机器人系统具有两种工作模式：一是人为主动控制模式，即控制人员远程无线控制机器人的行走路线；二是自主避障模式，即智能机器人完全脱离人的主动控制，通过开启红外避障传感器实现自主行走和避障功能。
本发明的有益效果在于：灵活性好，能够根据控制终端的控制到达任何需要进行环境监测的区域，近距离对环境信息进行采集并发送视频情况；能够适应各类危险环境，避免了定点监测时有些区域必须人工检测所带来的不安全性；能够主动发现生产现场出现的可燃有毒气体浓度超标等各类危险情况，极大地提高了生产安全性；能够实现自动控制和无人值守，极大地降低了用工需求和劳动强度，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明智能机器人的结构框图；
图2为本发明环境信息采集端控制器的结构示意图；
图3为本发明驱动单元行走机构的结构示意图；
图4为本发明驱动单元电机驱动电路的电路结构图；
1-控制终端，101-PC机，102-Android智能手机，2-环境信息采集端，201-控制器，202-温湿度传感器，203-烟雾传感器，204-报警器，205-红外避障传感器，206-人体感应传感器，207-第一无线通信模块，3-视频信息采集端，301-USB摄像头，302-嵌入式开发平台，303-第二无线通信模块，4-驱动单元，401-电机驱动电路，402-行走机构，4021-驱动电机，4022-万向轮。
具体实施方式
如图1所示，一种用于油气生产物联网的智能机器人，包括机器人主体和控制终端1，所述机器人主体包括驱动单元4、环境信息采集端2和视频信息采集端3，环境信息采集端2和视频信息采集端3安装于驱动单元4上。
驱动单元4包括行走机构402和电机驱动电路401，行走机构402由四个万向轮4022和与其连接的驱动电机4021构成（如图3所示），电机驱动电路401通过控制四个驱动电机4022的正转、反转和停止，实现智能机器人的直走、后退、左前转弯、左后转弯、右前转弯、右后转弯、原地左转与原地右转等几种运动情况。
环境信息采集端2包括控制器201、温湿度传感器202、烟雾传感器203、报警器204、红外避障传感器205和人体感应传感器206，温湿度传感器202、烟雾传感器203、报警器204、红外避障传感器205和人体感应传感器206分别与控制器201相连接；控制器201还连接有用于与控制终端1进行通信的第一无线通信模块207，并与电机驱动电路401相连接；本发明选用STC系列90C516RD+单片机做为控制器，其结构如图2所示；烟雾传感器203选用MQ-2型气敏式烟雾传感器，它能够及时检测到可燃性气体的存在及其浓度；温湿度传感器202采用DHT11数字温湿度传感器，能够对生产现场的温度和湿度信息进行及时采集；人体感应传感器206通过检测人体辐射的红外线进行工作，能够感应到3~10米内的生命迹象，将该生命迹象转化为电信号，并传至单片机核心控制系统。
视频信息采集端3包括相互连接的USB摄像头301和嵌入式开发平台302，嵌入式开发平台302选用Tiny210嵌入式开发平台，并加载有MJPG-streamer视频服务器软件，且嵌入式开发平台302还连接有用于与控制终端1进行通信的第二无线通信模块303。具有视频信息采集与处理功能的智能机器人的设计与实现，首先要选定目标平台，由于视频信息采集与处理的核心功能是视频数据的编解码，其算法实现过程较为复杂，对处理器各方面性能有较高要求。通过对ARM7、ARM9、ARM11和Cortex-A8等市面上主流的嵌入式处理器体系架构的比较，本发明选用了性价比较高、具有较大的市场占有率和优秀的处理性能的Cortex-A8架构的嵌入式开发平台----Tiny210做为本发明视频信息采集与处理的目标平台，Tiny210是高性能的Cortex-A8核心板，采用三星S5PV210作为主处理器，运行主频可高达1GHz。而MJPG-streamer视频服务器可以有效减小CPU的开销、降低功耗，因此特别适合智能机器人系统视频信息采集功能。具体地，系统通过智能机器人所配有的USB摄像头，实现视频图像信息的实时采集功能，所采集视频信息经Tiny210内置的S5PV210处理器以H.264标准进行编码和压缩后通过无线通信方式传输到控制终端1进行处理。
控制终端1为PC机和／或Android智能手机；且环境信息采集端2与与控制终端1的通信方式为wifi、GPRS或蓝牙，视频信息采集端3与控制终端的通信方式为wifi。Android智能手机作为控制终端时，通过Android客户端应用程序进行远程控制。特别地，选用Android智能手机作为控制终端时，由于其便携性，可实现随时随地地系统远程控制。
具体工作时，本发明油气生产物联网智能机器人系统具有两种工作模式：
一是人为主动控制模式，此时红外避障传感器205关闭，控制人员通过控制终端1远程控制机器人的行走路线；
二是自主避障模式，此时红外避障传感器205开启，智能机器人完全脱离人的主动控制，实现自主行走和避障功能。具体地，红外避障传感器205利用红外发射管发射红外光，通过检测反射回来的红外光可以感知3cm~80cm范围内障碍物的存在，产生电平转换，利用单片机的I/O端口检测红外避障传感器205的电平输出状态，以此判定前方有无障碍物。若检测到障碍物，经单片机I/O口控制电机驱动电路401，经由电机驱动电路401及时调整智能机器人两侧驱动电机的转向，以改变运行方向，最终达到避开障碍物的目的。
此外，本发明智能机器人系统还具有报警功能，当环境参数数据超过一定极限值时，控制器201可控制报警器204发出相应的报警提示信号，以提醒工作人员注意。
Claims (8)
1. 一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，包括机器人主体和控制终端，所述机器人主体包括驱动单元、环境信息采集端和视频信息采集端，所述环境信息采集端和视频信息采集端安装于所述驱动单元上；
所述驱动单元包括行走机构和电机驱动电路，所述电机驱动电路能够驱动行走机构作任意方向的移动；
所述环境信息采集端包括控制器、温湿度传感器、烟雾传感器和人体感应传感器，所述温湿度传感器、烟雾传感器和人体感应传感器分别与控制器相连接；所述控制器还连接有用于与控制终端进行通信的第一无线通信模块，并与电机驱动电路相连接；
所述视频信息采集端包括相互连接的USB摄像头和嵌入式开发平台，所述嵌入式开发平台加载有能够将视频图像进行采集和压缩的视频服务器软件，且所述嵌入式开发平台还连接有用于与控制终端进行通信的第二无线通信模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，所述控制终端为PC机和／或Android智能手机。
3. 根据权利要求1所述的一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，所述环境信息采集端与控制终端的通信方式为wifi、GPRS或蓝牙。
4. 根据权利要求1所述的一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，所述视频信息采集端与控制终端的通信方式为wifi。
5. 根据权利要求1所述的一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，所述环境信息采集端还包括红外避障传感器，所述红外避障传感器与控制器相连接。
6. 根据权利要求1所述的一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，所述控制器还连接有报警器。
7. 根据权利要求1所述的一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，所述嵌入式开发平台加载的视频服务器软件为MJPG-streamer视频服务器软件。
8. 根据权利要求1所述的一种用于油气生产物联网的智能机器人，其特征在于，所述嵌入式开发平台选用Tiny210嵌入式开发平台。
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