CN105080014A - 消防机器人定位导航系统及其定位导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种消防机器人定位导航系统及其定位导航方法。解决了现有技术的不足，技术方案为：包括消防救援机器人、局域网无线网络定位系统和实地标签定位系统、远程控制服务端，所述实地标签定位系统包括若干个配设在目标地点的定位标签，所述传感信息采集模块、视频采集定位构件和实地标签传感接收器均与所述的机器人控制中心电连接，所述视频采集定位构件和传感信息采集模块还通过通信网络与远程控制服务端通信连接，所述远程控制服务端内存储有云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，所述实地标签传感接收器与所述定位标签为通信连接，所述远程控制服务端通过信号指令接收模块与所述机器人控制中心电连接。

Description

消防机器人定位导航系统及其定位导航方法
技术领域
本发明是一种消防设备，特别是涉及一种消防机器人定位导航系统及其定位导航方法。
背景技术
目前我国发明的消防救援机器人主要实现人工遥控操作在现场灭火操作。机器人不能自动识别区域环和行进路线进入火灾现场，也就无法勘察火灾现场环境。同时这类消防救援机器人只能用于火灾时的灭火工作，而不利于平时的消防安全管理巡查。
随着科学技术的进步和无线网络的发展，无线传感器网络以其无需布线，组网容易以及拓展方便，越来越受到人们的重视。基于无线传感器网络的定位导航技术也成为部分开发人员的焦点所在。人们已经开发出了井下矿工救援系统、小区仓库停车系统、机场大厅导航系统和图书馆书籍跟踪系统等智能定位导航系统。这些系统均存在移动目标、物体或者终端，需要实时的反馈其空间位置坐标信息，并指导其下一步的具体动作。目前这些定位导航系统的实现，存在成本上较高、响应时间较长、交互不够智能化、定位精度不够高等不利因素。因此设计并开发出了一套低成本的移动机器人定位导航技术势在必行。
中国专利申请号：CN201420384884.0，公开日2014年12月3日，公开了具有记录仪的消防机器人，包括消防机器人本体，在本体上具有摄像装置和控制装置，还有消防液喷射管组成的喷射装置，它还具有消防液温度测试装置、消防液压力测试装置、周围温度探测装置、氧气浓度测试装置、二氧化碳浓度测试装置和记录仪；消防液温度测试装置、消防液压力测试装置安装在消防液喷射管里面并连接记录仪；周围温度探测装置、氧气浓度测试装置、二氧化碳浓度测试装置安装在本体上连接记录仪；所述的摄像装置连接记录仪，所述的记录仪还连接发射装置，它还包括一个和发射装置相匹配的接收装置，这样的消防机器人可以记录多种数据、为以后分析事故原因提供依据的优点。但是，此机器人的定位导航系统的实现，存在成本上较高、响应时间较长、交互不够智能化、定位精度不够高等不利因素。
发明内容
本发明的目的是为解决目前的技术方案中存在成本上较高、响应时间较长、交互不够智能化、定位精度不够高等问题，提供一种消防机器人定位导航系统及其定位导航方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种消防机器人定位导航系统，由电源供电，用于目标地点的消防工作，其特征在于：包括消防救援机器人、局域网无线网络定位系统和实地标签定位系统、远程控制服务端，所述消防救援机器人配设有执行机构、视频采集定位构件、传感信息采集模块、实地标签传感接收器、机器人控制中心、信号指令接收模块、驱动控制中心模块和运动定位反馈模块，所述实地标签定位系统包括若干个配设在目标地点的定位标签，所述传感信息采集模块、视频采集定位构件和实地标签传感接收器均与所述的机器人控制中心电连接，所述视频采集定位构件和传感信息采集模块还通过通信网络与远程控制服务端通信连接，所述远程控制服务端内存储有云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，所述实地标签传感接收器与所述定位标签为通信连接，所述远程控制服务端通过信号指令接收模块与所述机器人控制中心电连接，机器人控制中心通过驱动控制中心模块与所述的执行机构电连接，所述运动定位反馈模块配设在执行机构上，所述运动定位反馈模块与远程控制服务端通信连接，局域网无线网络定位系统包括配设在目的地点的无线定位节点和配设在消防救援机器人上的无线定位接收器，所述无线定位接收器与所述机器人控制中心电连接。本发明通过区域地图和区域定位导航系统和云端服务控制系统实现消防救援机器人可以在指定的区域内实现自动巡逻、通过消防工程系统反馈出现消防隐患和起火源时能自动通过导航系统到达目的地，进行现场灭火操作。让消防救援机器人真正实现“消”“防”两大功能。技术优点：1、具有自主导航、自主建立三维地图、传送现场环境数据功能。2、自主导航和远程控制相结合，完成一些特定任务。3、基于WLAN和基于GPRS两套无线通信方法相结合，有效解决数据传输的问题。4、通过立体显示外设,实现了具有沉浸感的场景再现功能。采用OBB的碰撞检测算法提高了机器人的安全性，实现了地图中的虚拟机器人和真实机器人的同步运动。本发明通过区域地图和区域定位导航系统和云端服务控制系统实现消防救援机器人可以在指定的区域内实现自动巡逻、通过消防工程系统反馈出现消防隐患和起火源时能自动通过导航系统到达目的地，进行现场灭火操作。让消防救援机器人真正实现“消”“防”两大功能。
作为优选，所述通信网络包括WLAN无线网络和GPRS无线网络，所述WLAN无线网络和GPRS无线网络互为冗余备份。
作为优选，所述远程控制服务端配设有立体显示外设。
作为优选，所述传感信息采集模块包括温度湿度传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器，所述温度湿度传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器均与所述机器人控制中心电连接。
作为优选，所述消防救援机器人还包括车体和消防存储箱，所述执行机构包括机械臂、驱动轮、导向轮和消防存储箱电磁阀，所述驱动控制中心模块包括机车驱动控制模块、电磁阀控制模块和机械臂控制模块，所述机械臂通过机械臂控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述机械臂配设在所述车体的前端，所述机械臂的前端固定有喷头，所述喷头通过灭火剂传输管与所述的消防存储箱电磁阀连接，所述消防存储箱电磁阀配设在所述的消防存储箱上，所述存储箱电磁阀通过所述电磁阀控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述消防存储箱固定在所述车体的后部上表面，所述车体的下部为所述的驱动轮和导向轮，所述驱动轮和导向轮均由所述的机车驱动控制模块驱动，所述机车驱动控制模块与所述的机器人控制中心电连接。
作为优选，所述驱动轮为后轮，所述导向轮为前轮，所述车体的前部上表面固定有设备安装部，所述传感信息采集模块固定在所述的设备安装部内，视频采集定位构件包括固定在所述设备安装部上表面的红外热像仪和固定在机械臂上的视频探头，所述设备安装部内还固定有朝向前方的照明灯。
作为优选，所述车体上还配设有声音语音采集模块和声音语音广播模块，所述声音语音采集模块和声音语音广播模块均与所述的机器人控制中心电连接。
作为优选，所述定位标签为RFID定位标签，所述实地标签传感接收器为RF读卡器。
一种消防机器人定位导航方法，适用于如权利要求8所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：消防机器人定位导航系统初始化，
消防救援机器人根据控制命令选择局域网无线网络定位系统定位或实地标签定位系统，若选择局域网无线网络定位系统定位则执行子步骤一，若选择实地标签定位系统则执行子步骤二，
子步骤一：远程控制服务端导入云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，使用者在远程控制服务端根据消防救援机器人拍摄的实际影像发送控制命令至消防救援机器人，消防救援机器人根据控制命令自动巡逻，当消防救援机器人感应到消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤二，
子步骤二：消防救援机器人根据定位标签定位，消防救援机器人根据定位结果采用OBB算法自动寻路，实现自动巡逻，当消防救援机器人感应到消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤二，
步骤二，消防救援机器人对消防隐患或起火源进行目标定位，然后自动按照目标定位结果或根据远程命令进行消防和灭火，灭火完成后重新跳转执行自动巡逻。
作为优选，在子步骤一中，若远程控制服务端与消防救援机器人通讯中断则执行设定次数的网络重连，若设定次数的网络重连均失败则跳转执行子步骤二；在子步骤二中，若消防救援机器人在设定时间未能寻找到内定位标签则执行子步骤一。
本发明的实质性效果是：1、具有自主导航、自主建立三维地图、传送现场环境数据功能。2、自主导航和远程控制相结合，完成一些特定任务。3、基于WLAN和基于GPRS两套无线通信方法相结合，有效解决数据传输的问题。4、通过立体显示外设,实现了具有沉浸感的场景再现功能。采用OBB的碰撞检测算法提高了机器人的安全性，实现了地图中的虚拟机器人和真实机器人的同步运动。本发明通过区域地图和区域定位导航系统和云端服务控制系统实现消防救援机器人可以在指定的区域内实现自动巡逻、通过消防工程系统反馈出现消防隐患和起火源时能自动通过导航系统到达目的地，进行现场灭火操作。让消防救援机器人真正实现“消”“防”两大功能。
附图说明
图1为本发明中消防救援机器人的结构示意图。
图中：1、车体；2、消防存储箱；3、消防存储箱电磁阀，4、传输管，5、传输软管，6、机械臂，7、喷头，8、视频探头，9、红外热像仪，10、照明灯，11、传感信息采集模块，12、声音语音广播模块，13、RF读卡器，14、电源，15、驱动轮，16、导向轮，17、电源控制箱，18、机器人控制中心。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例：
一种消防机器人定位导航系统(参见附图1)，由蓄电池作为电源14通过电源控制箱17输出合适的电压进行供电，用于目标地点的消防工作，包括消防救援机器人、局域网无线网络定位系统和实地标签定位系统、远程控制服务端，所述消防救援机器人配设有执行机构、视频采集定位构件、传感信息采集模块、实地标签传感接收器、机器人控制中心18、信号指令接收模块、驱动控制中心模块和运动定位反馈模块，所述实地标签定位系统包括若干个配设在目标地点的定位标签，所述传感信息采集模块、视频采集定位构件和实地标签传感接收器均与所述的机器人控制中心电连接，所述视频采集定位构件和传感信息采集模块还通过通信网络与远程控制服务端通信连接，所述远程控制服务端内存储有云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，所述实地标签传感接收器与所述定位标签为通信连接，所述远程控制服务端通过信号指令接收模块与所述机器人控制中心电连接，机器人控制中心通过驱动控制中心模块与所述的执行机构电连接，所述运动定位反馈模块配设在执行机构上，所述运动定位反馈模块与远程控制服务端通信连接，局域网无线网络定位系统包括配设在目的地点的无线定位节点和配设在消防救援机器人上的无线定位接收器，所述无线定位接收器与所述机器人控制中心电连接。所述通信网络包括WLAN无线网络和GPRS无线网络，所述WLAN无线网络和GPRS无线网络互为冗余备份。所述远程控制服务端配设有立体显示外设。所述传感信息采集模块包括温度湿度传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器，所述温度湿度传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器均与所述机器人控制中心电连接。所述消防救援机器人还包括车体1和消防存储箱2，消防存储箱内配设由不同灭火药剂的灭火药剂桶若干个，所述执行机构包括机械臂6、驱动轮15、导向轮16和消防存储箱电磁阀3，每个灭火药剂桶的出口处均配设有一个消防存储箱电磁阀，所述驱动控制中心模块包括机车驱动控制模块、电磁阀控制模块和机械臂控制模块，所述机械臂通过机械臂控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述机械臂配设在所述车体的前端，所述机械臂的前端固定有喷头7，所述喷头通过灭火剂传输管与所述的消防存储箱电磁阀连接，灭火剂传输管由与消防存储箱电磁阀的传输管4和与喷头连接的传输软管5构成，所述消防存储箱电磁阀配设在所述的消防存储箱上，所述存储箱电磁阀通过所述电磁阀控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述消防存储箱固定在所述车体的后部上表面，所述车体的下部为所述的驱动轮和导向轮，所述驱动轮和导向轮均由所述的机车驱动控制模块驱动，所述机车驱动控制模块与所述的机器人控制中心电连接。所述驱动轮为后轮，所述导向轮为前轮，所述车体的前部上表面固定有设备安装部，所述传感信息采集模块11固定在所述的设备安装部内，视频采集定位构件包括固定在所述设备安装部上表面的红外热像仪9和固定在机械臂上的视频探头8，所述设备安装部内还固定有朝向前方的照明灯10。所述车体上还配设有声音语音采集模块14和声音语音广播模块12，所述声音语音采集模块和声音语音广播模块均与所述的机器人控制中心电连接。所述定位标签为RFID定位标签，所述实地标签传感接收器为RF读卡器。
一种消防机器人定位导航方法，适用于上述的消防机器人定位导航系统，包括以下步骤：
步骤一：消防机器人定位导航系统初始化，
消防救援机器人根据控制命令选择局域网无线网络定位系统定位或实地标签定位系统，若选择局域网无线网络定位系统定位则执行子步骤一，若选择实地标签定位系统则执行子步骤二，
子步骤一：远程控制服务端导入云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，使用者在远程控制服务端根据消防救援机器人拍摄的实际影像发送控制命令至消防救援机器人，消防救援机器人根据控制命令自动巡逻，当消防救援机器人感应到消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤二，
子步骤二：消防救援机器人根据定位标签定位，消防救援机器人根据定位结果采用OBB算法自动寻路，实现自动巡逻，当消防救援机器人感应到消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤二，
步骤二，消防救援机器人对消防隐患或起火源进行目标定位，然后自动按照目标定位结果或根据远程命令进行消防和灭火，灭火完成后重新跳转执行自动巡逻。
在子步骤一中，若远程控制服务端与消防救援机器人通讯中断则执行设定次数的网络重连，若设定次数的网络重连均失败则跳转执行子步骤二；在子步骤二中，若消防救援机器人在设定时间未能寻找到内定位标签则执行子步骤一。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种消防机器人定位导航系统，由电源供电，用于目标地点的消防工作，其特征在于：包括消防救援机器人、局域网无线网络定位系统和实地标签定位系统、远程控制服务端，所述消防救援机器人配设有执行机构、视频采集定位构件、传感信息采集模块、实地标签传感接收器、机器人控制中心、信号指令接收模块、驱动控制中心模块和运动定位反馈模块，所述实地标签定位系统包括若干个配设在目标地点的定位标签，所述传感信息采集模块、视频采集定位构件和实地标签传感接收器均与所述的机器人控制中心电连接，所述视频采集定位构件和传感信息采集模块还通过通信网络与远程控制服务端通信连接，所述远程控制服务端内存储有云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，所述实地标签传感接收器与所述定位标签为通信连接，所述远程控制服务端通过信号指令接收模块与所述机器人控制中心电连接，机器人控制中心通过驱动控制中心模块与所述的执行机构电连接，所述运动定位反馈模块配设在执行机构上，所述运动定位反馈模块与远程控制服务端通信连接，局域网无线网络定位系统包括配设在目的地点的无线定位节点和配设在消防救援机器人上的无线定位接收器，所述无线定位接收器与所述机器人控制中心电连接。
2.根据权利要求1所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于：所述通信网络包括WLAN无线网络和GPRS无线网络，所述WLAN无线网络和GPRS无线网络互为冗余备份。
3.根据权利要求1或2所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于：所述远程控制服务端配设有立体显示外设。
4.根据权利要求1所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于：所述传感信息采集模块包括温度湿度传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器，所述温度湿度传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器均与所述机器人控制中心电连接。
5.根据权利要求4所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于：所述消防救援机器人还包括车体和消防存储箱，所述执行机构包括机械臂、驱动轮、导向轮和消防存储箱电磁阀，所述驱动控制中心模块包括机车驱动控制模块、电磁阀控制模块和机械臂控制模块，所述机械臂通过机械臂控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述机械臂配设在所述车体的前端，所述机械臂的前端固定有喷头，所述喷头通过灭火剂传输管与所述的消防存储箱电磁阀连接，所述消防存储箱电磁阀配设在所述的消防存储箱上，所述存储箱电磁阀通过所述电磁阀控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述消防存储箱固定在所述车体的后部上表面，所述车体的下部为所述的驱动轮和导向轮，所述驱动轮和导向轮均由所述的机车驱动控制模块驱动，所述机车驱动控制模块与所述的机器人控制中心电连接。
6.根据权利要求5所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于：所述驱动轮为后轮，所述导向轮为前轮，所述车体的前部上表面固定有设备安装部，所述传感信息采集模块固定在所述的设备安装部内，视频采集定位构件包括固定在所述设备安装部上表面的红外热像仪和固定在机械臂上的视频探头，所述设备安装部内还固定有朝向前方的照明灯。
7.根据权利要求5所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于：所述车体上还配设有声音语音采集模块和声音语音广播模块，所述声音语音采集模块和声音语音广播模块均与所述的机器人控制中心电连接。
8.根据权利要求6所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于：所述定位标签为RFID定位标签，所述实地标签传感接收器为RF读卡器。
9.一种消防机器人定位导航方法，适用于如权利要求8所述的消防机器人定位导航系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：消防机器人定位导航系统初始化，
消防救援机器人根据控制命令选择局域网无线网络定位系统定位或实地标签定位系统，若选择局域网无线网络定位系统定位则执行子步骤一，若选择实地标签定位系统则执行子步骤二，
子步骤一：远程控制服务端导入云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，使用者在远程控制服务端根据消防救援机器人拍摄的实际影像发送控制命令至消防救援机器人，消防救援机器人根据控制命令自动巡逻，当消防救援机器人感应到消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤二，
子步骤二：消防救援机器人根据定位标签定位，消防救援机器人根据定位结果采用OBB算法自动寻路，实现自动巡逻，当消防救援机器人感应到消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤二，
步骤二，消防救援机器人对消防隐患或起火源进行目标定位，然后自动按照目标定位结果或根据远程命令进行消防和灭火，灭火完成后重新跳转执行自动巡逻。
10.根据权利要求9所述的消防机器人定位导航方法，其特征在于：在子步骤一中，若远程控制服务端与消防救援机器人通讯中断则执行设定次数的网络重连，若设定次数的网络重连均失败则跳转执行子步骤二；在子步骤二中，若消防救援机器人在设定时间未能寻找到内定位标签则执行子步骤一。
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