CN104298162A - 仓库火灾预警机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

一种仓库火灾预警机器人控制系统，其特点是：它包括运动底盘、火焰识别模块、主控模块和操作平台，所述运动底盘上分别固连火焰识别模块，远程无线通信模块、主控模块和电磁引导模块，电磁引导模块的金属引导线铺设在巡逻路径上，操作平台置于仓库外；主控模块分别与运动底盘、火焰识别模块、远程无线通信模块和电磁引导模块信号连接，远程无线通信模块和操作平台无线信号连接。导航工作过程是：金属引导线产生电磁引导信号，机器人采集到电磁感应信号传送给主控模块，主控模块控制机器人前进；火焰识别过程是：摄像头采集图像信号传送到图像处理单元并与烟雾特征进行对比，主控模块接收图像处理单元的判断结果并传送给操作平台进行显示。

Description

仓库火灾预警机器人控制系统

技术领域

本发明涉及仓库的消防设施，是一种用于仓库火灾预警的仓库火灾预警机器人控制系统。

背景技术

仓库是人们生产、生活资料最集中的地方，也是战略物资的重要基地。随着现代化建设的发展，各种物资必将日益增多，特别是化工原料、农药、化肥、医药用品、化学试剂等，它们具有不同程度的易爆、易燃、助燃、毒害、腐蚀等危险特性。在贮存过程中，当受到较剧烈的震动、撞击、摩擦或接触火源、热源、雨水淋湿变化的影响，以及接触性质相抵触的物品时，就会引起爆炸、燃烧、人身伤亡等灾害，将会给国家和人民带来巨大的损失。

现今，仓库采用的现有技术的防火措施一般是固定检测点的检测方式，而且使用总线与控制台通信，也就是高处安装固定的检测装置检测，然后通过金属导线将信号传给控制台。然而，现代仓库都向着高架仓库发展，这类仓库可以充分利用空间储存，也称“立体仓库”。目前这类仓库的高度已达40 m以上，库存量可达数万个乃至十多万个货物单元，可以实现无人操作的全自动化控制和仓库计算机网络管理，所以也称为“高架立体自动化仓库”。随着中国经济建设的发展，尤其是加入WTO后，随着中国经济建设的快速发展，仓储业也将随着同步发展，由于“高架仓库”的仓储优点，它必将越来越广泛地应用在多种领域。目前在高架仓库的火灾报警系统中存在着不能够提前预警的问题。由于高架仓库是无人仓库，起火时不易被发现，起火后难以进入，因此，设置火灾自动报警系统是很必要的。但是，高架仓库的储藏区高度多在12 m以上，在火灾的初始阶段，烟气浓度低，由于烟气在上升过程中的受到仓库内空气的冷却而下落以及热对流形成的气流会使烟气扩散，烟气流动方向倒转，便会发生烟断流现象或层化现象，烟气由于热气浮力不足而不能到达安装在高处的探测器或烟气稀少不能启动点型探测器，使安装的点型探测器不能做到早期报警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种用于仓库火灾预警的仓库火灾预警机器人控制系统，这套系统能够准确快速地检测货架任何位置的火源,并且应用系统时不需要铺设大量线缆。另外，采用智能手机代替传统的操作台可以优化操作界面，简化操作过程。

本发明解决技术问题的方案是：一种仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：它包括运动底盘、火焰识别模块、远程无线通信模块、主控模块、电磁引导模块和操作平台，所述运动底盘的机架上面分别固连火焰识别模块，远程无线通信模块和主控模块, 运动底盘的前面固连电磁引导模块，电磁引导模块的金属引导线铺设在预定的巡逻路径上，操作平台置于仓库外；所述主控模块分别与运动底盘的电机驱动器、火焰识别模块的图像处理单元、远程无线通信模块和电磁引导模块信号连接，远程无线通信模块和操作平台通过WIFI，3G网络或者4G网络进行数据通信连接。

所述运动底盘的结构是：它包括机架、履带式运动机构、至少两个直流无刷电机和电机驱动器，所述机架的两侧分别固连履带式运动机构，至少两个直流无刷电机和电机驱动器置于机架内并固连，至少两个直流无刷电机的动力轴分别与履带式运动机构的动力输入轴固连，至少两个直流无刷电机和电机驱动器分别电连接。

所述电机驱动器是市售的直流无刷电机驱动器。

所述火焰识别模块的结构是：它包括云台、侦察摄像头和图像处理单元，所述云台的上面固连侦察摄像头，图像处理单元置于云台内并固连，侦察摄像头和图像处理模块信号连接。

所述侦察摄像头为市售的索尼JS-AY型摄像头。

所述云台为市售的PTS-3050DQ型云台。

所述图像处理单元为市售的DSP6000系列模块或者32位嵌入式模块一种或其组合。

所述远程无线通信模块为市售的ESP8266芯片。

所述主控模块是市售的DSP2000系列模块、CPLD或FPGA高级智能芯片的一种或其组合。

所述电磁引导模块的结构是：它包括金属引导线、电磁感应电路及其信号处理电路，所述金属引导线沿预定的巡逻路径铺设，所述电磁感应电路为LC并联谐振电路，所述信号处理电路由信号放大电路和信号滤波电路组成，金属引导线与电源电连接，电磁感应电路及其信号处理电路电连接。

所述操作平台是市售的智能手机产品的一种。

本发明仓库火灾预警机器人控制系统的导航工作过程是：金属引导线通入固定频率的交流电后产生电磁引导信号，机器人运动底盘上的电磁引导模块采到电磁感应信号并放大、滤波后传送给主控模块，主控模块分析电磁引导模块采集的信号后，得出机器人当前所在的位置，并利用运动控制算法算出控制信号、经由主控模块发给电机驱动器，电机驱动器对控制信号进行放大、滤波处理后传送给直流无刷电机，直流无刷电机控制两个履带的转速，驱动机器人沿着金属引导线前进，与此同时，操作平台能够通过无线通信模块将控制信号发送给主控模块，从而控制机器人的动作。

本发明仓库火灾预警机器人控制系统的火焰识别过程是：在机器人运动的过程中，机器人运动底盘上固连的火焰识别模块的摄像头采集图像信号，并传送到图像处理单元，图像处理单元将传送到的图像数据先进行灰度化处理以及平滑滤波，再进行运动区域分割以及数学形态处理得出初步的二值化运动图像，得到的运动图像再与烟雾特征进行对比，从而确定是否有烟雾，而烟雾正是火焰的前期特征，因此可以判断是否有火焰出现，图像处理单元将判断结果传送给主控模块进行进一步处理，处理结果通过无线通信模块传送给操作平台进行显示。

本发明的有益效果在于：本系统引入了以智能手机为基础的操作平台以及无线通信模块，即节省了大量铺设导线的成本和工作量，还省去了操作台的安装及维护，节省了仓库管理成本和仓库空间；本系统引入了履带式移动平台，加强了检测的灵活性和检测范围，还加强了机器人的通行能力；本系统以摄像头取代传统的温度传感器、烟雾传感器，增强了整个系统的稳定性，减少了误报率；本系统用电磁引导代替传统的红外引导和图像引导，减少了环境对引导系统的干扰，在强光和地面不清洁时也能正常引导机器人运动，全系统提高了火灾检测的可靠性和实时性，也提高了仓库的安全性。

附图说明

图1为本发明仓库火灾预警机器人控制系统的主视示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为图1的左视示意图；

图4为本发明仓库火灾预警机器人控制系统的火焰识别模块结构示意图；

图5为本发明仓库火灾预警机器人控制系统的电磁引导模块示意图；

图6为本发明仓库火灾预警机器人控制系统的电磁引导模块电磁感应电路示意图；

图7为本发明仓库火灾预警机器人控制系统的电磁引导模块信号处理电路示意图。

图中：10火焰识别模块，10A侦察摄像头，10B图像处理单元，10C云台，20运动底盘，20A履带式运动机构，20B机架，20C直流无刷电机，20D电机驱动器，30无线通信模块，40主控模块，50电磁引导模块，50A金属引导线，50B电磁感应电路，50C信号处理电路，60操作平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1～图7，本发明的仓库火灾预警机器人控制系统，它包括运动底盘20、火焰识别模块10、远程无线通信模块30、主控模块40、电磁引导模块50和操作平台60，所述运动底盘20的机架20B上面分别固连火焰识别模块10，远程无线通信模块30和主控模块40, 运动底盘20的前面固连电磁引导模块50，电磁引导模块50的金属引导线50A铺设在预定的巡逻路径上，操作平台60置于仓库外；所述主控模块40分别与运动底盘20的电机驱动器20D、火焰识别模块10的图像处理单元10B、远程无线通信模块30和电磁引导模块50信号连接，远程无线通信模块30和操作平台60通过WIFI，3G网络或者4G网络进行数据通信连接。所述运动底盘20的结构是：它包括机架20B、履带式运动机构20A、至少两个直流无刷电机20C和电机驱动器20D，所述机架20B的两侧分别固连履带式运动机构20A，至少两个直流无刷电机20C和电机驱动器20D置于机架20B内并固连，至少两个直流无刷电机20C的动力轴分别与履带式运动机构20A的动力输入轴固连，至少两个直流无刷电机20C和电机驱动器20D分别电连接。所述火焰识别模块10的结构是：它包括云台10C、侦察摄像头10A和图像处理单元10B，所述云台10C的上面固连侦察摄像头10A，图像处理模块置于云台10C内并固连，侦察摄像头10A和图像处理单元10B信号连接。所述电磁引导模块50的结构是：它包括金属引导线50A、电磁感应电路50B及其信号处理电路50C，所述金属引导线50A沿预定的巡逻路径铺设，所述电磁感应电路50B为LC并联谐振电路，所述信号处理电路50C由信号放大电路和信号滤波电路组成，金属引导线50A与电源电连接，电磁感应电路50B及其信号处理电路50C电连接。本发明采用现有技术制造，所述电机驱动器20D是现有技术的市售产品，侦察摄像头10A为市售的索尼JS-AY型摄像头，云台10C为市售的PTS-3050DQ型云台10C，图像处理单元10B为市售的DSP6000系列模块或者32位嵌入式模块，远程无线通信模块30为市售的ESP8266芯片，主控模块40是市售的DSP2000系列模块、CPLD或FPGA高级智能芯片的一种，操作平台60是市售的智能手机产品的一种。

本实施例中，机器人的运动底盘20选用群峰之顶的WP-DP202，主控模块40选用长三角的TMS320F2812最小系统板，机器人前下部左侧和右侧分别安装两套电磁引导模块50，并通以10kHz的交流电，金属引导线50A选用市售的Φ2mm单芯金属线，火焰识别模块10的侦察摄像头10A选用索尼JS-AY型摄像头、云台10C选用PTS-3050DQ型云台、图像处理单元10B选用TMS320VC5502最小系统板，无线通信模块选用ESP8266芯片，操作平台60选用小米3智能手机并通过WIFI进行数据通信连接。

本实施例的导航工作过程是：金属引导线50A通入10kHz的交流电后产生电磁场，电磁场经过电磁感应电路50B的后产生并联谐振现象，由此产生电压信号，电磁感应电路50B与信号处理电路50C电连接，将上述电压信号送给信号处理电路50C进行放大和滤波，处理后的电压信号送到主控模块40的A/D引脚，主控模块40分析电磁引导模块50采集的信号后，得出机器人当前所在的位置，并利用PID运动控制算法算出控制信号、经由主控模块40发给电机驱动器20D，电机驱动器20D对控制信号进行放大、滤波处理后传送给直流无刷电机20C，直流无刷电机20C控制两个履带的转速，驱动机器人沿着金属引导线50A前进，与此同时，操作平台60能够通过无线通信模块将控制信号发送给主控模块40，从而控制机器人的动作。

本实施例的火焰识别过程是：在机器人运动的过程中，机器人运动底盘20上固连的火焰识别模块10的摄像头采集图像信号，并传送到图像处理单元10B，图像处理单元10B将传送到的图像数据先进行灰度化处理以及平滑滤波，再进行运动区域分割以及数学形态处理得出初步的二值化运动图像，得到的运动图像再与烟雾特征进行对比，从而确定是否有烟雾，而烟雾正是火焰的前期特征，因此可以判断是否有火焰出现，图像处理单元10B将判断结果传送给主控模块40进行进一步处理，处理结果通过无线通信模块传送给操作平台60进行显示。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：它包括运动底盘、火焰识别模块、远程无线通信模块、主控模块、电磁引导模块和操作平台，所述运动底盘的机架上面分别固连火焰识别模块，远程无线通信模块和主控模块, 运动底盘的前面固连电磁引导模块，电磁引导模块的金属引导线铺设在预定的巡逻路径上，操作平台置于仓库外；所述主控模块分别与运动底盘的电机驱动器、火焰识别模块的图像处理单元、远程无线通信模块和电磁引导模块信号连接，远程无线通信模块和操作平台通过WIFI，3G网络或者4G网络进行数据通信连接。

2.如权利要求1所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述运动底盘包括机架、履带式运动机构、至少两个直流无刷电机和电机驱动器，所述机架的两侧分别固连履带式运动机构，至少两个直流无刷电机和电机驱动器置于机架内并固连，至少两个直流无刷电机的动力轴分别与履带式运动机构的动力输入轴固连，至少两个直流无刷电机和电机驱动器分别电连接。

3.如权利要求1所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述火焰识别模块包括云台、侦察摄像头和图像处理单元，所述云台的上面固连侦察摄像头，图像处理单元置于云台内并固连，侦察摄像头和图像处理模块信号连接。

4.如权利要求3所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述侦察摄像头为索尼JS-AY型摄像头。

5.如权利要求3所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述云台为PTS-3050DQ型云台。

6.如权利要求3所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述图像处理单元为DSP6000系列模块或者32位嵌入式模块的一种或其组合。

7.如权利要求1所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述远程无线通信模块为ESP8266芯片。

8.如权利要求1所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述主控模块是DSP2000系列模块、CPLD或FPGA高级智能芯片的一种或其组合。

9.如权利要求1所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述电磁引导模块包括金属引导线、电磁感应电路及其信号处理电路，所述金属引导线沿预定的巡逻路径铺设，所述电磁感应电路为LC并联谐振电路，所述信号处理电路由信号放大电路和信号滤波电路组成，金属引导线与电源电连接，电磁感应电路及其信号处理电路电连接。

10.如权利要求1所述仓库火灾预警机器人控制系统，其特征是：所述操作平台是市售的智能手机产品的一种。