CN106292676A - 消防机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了消防机器人系统，包括消防机器人本体硬件控制系统和远程服务平台，消防机器人本体硬件系统包括图像视频系统、驱动器及电机、传感器组、电源、无线传输设备、定位系统、信号处理模块；远程控制平台包括图像信号接收端、数据通信模块和远程服务终端。本发明具有网络化、自主化、深度人机交互等特点。
Description
技术领域
本发明涉及消防机器人技术领域，尤其是消防机器人系统。
背景技术
随着社会经济的发展，各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，相应地，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患也就不断增加。这些灾害的特点恰恰在于突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难。而一旦此类灾害事故发生，消防员在面对高温、黑暗、剧毒和浓烟等各类极度危险的环境时，若没有配备相应的设备便贸然冲进现场，不仅难以完成任务，人员伤亡的几率亦会大大增加。
2015年8月12日天津港瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故在173个遇难者中更有104名消防人员牺牲，科技武装实现“机器换人”，保障消防员安全变得迫在眉睫。尽管有着重重装备的保护，人类的生命在数吨乃至数十吨TNT量级的爆炸面前，依旧是脆弱的。
在如此背景之下，作为特种机器人中的一类，消防机器人应运而生，在灭火和抢险救援中发挥着越发重要的作用。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。研发一种能代替消防人员进入火灾现场，对事故现场各项数据进行检测，甚至直接进行消防工作和救援的消防机器人，是非常紧迫和必须的。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种可靠性高、结构简单的消防机器人系统。
本发明的技术方案是：消防机器人系统，包括消防机器人本体硬件控制系统和远程服务平台，
所述消防机器人本体硬件系统包括红外摄像机、电机驱动器、电机、传感器组、驱动电源、图像信号发送端、无线传输设备、定位系统、解码器、DSP系统和信号处理模块，所述信号处理模块与所述DSP系统信号电连接，以将控制信号传输到所述DSP系统上，所述DSP系统的输出端与电机驱动器电连接，所述解码器分别与所述电机驱动器和电机电连接；所述DSP系统与所述解码器信号连接，以将接收到的无线信号传输到所述解码器上，并通过解码编程控制信号，对所述红外摄像机、传感器组及机器人运动进行控制，所述红外摄像机与图像信号发送端电连接；
所述远程控制平台包括图像信号接收端、数据通信模块和远程服务终端，所述远程服务终端通过无线传输方式实现对机器人采集到的图像数据，定位数据、温度以及传感器组检测到的气体含量数据的收发及状态的监控，所述远程服务终端包括PC端和移动终端，所述图像信号接收端的输出端与远程服务终端的输入端信号连接，所述数据通信模块的输出端与远程服务终端的输入端信号连接。
所述传感器组包括红外测温传感器、CO传感器、CO2传感器、O2传感器、CH4传感器和超声传感器，采用所述超声传感器获取障碍物信息，通过分析所获取的信息感知外部环境，建立相应的模型，从而为障碍物的检测与避障做好知识储备；所述红外测温传感器采用热电红外温度传感器，利用红外辐射的热效应，通过温差电效应、热释电效应和热敏电阻等来测量所吸收的红外辐射，间接地测量辐射红外光物体的温度；所述CO传感器、CO2传感器、O2传感器、CH4传感器统称为气体传感器，所述气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明具有网络化、自主化、深度人机交互等特点。研发的远程控制终端基于PC或者Android等智能终端平台，综合现有的主流软件开发技术，设计大方、简洁、友好的人机交互界面；人性化的按键布局；高可靠的按键和触屏设计。移动服务机器人功能多、可靠性高、结构简单、易扩展、易维修保养。
(2)本发明能部分代替人在灾害发生的最前沿探测救灾救援，融合了物联网、计算机、通信等多项先进技术，具有科技含量高、资金投入大的特点，市场准入门槛较高，软硬结合和服务定制的模式不容易复制和模仿，拥有较长的稳定发展周期，有充足的时间改进产品，提高性能，潜力巨大。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图所示，消防机器人系统，包括消防机器人本体硬件控制系统和远程服务平台，
消防机器人本体硬件系统包括红外摄像机、电机驱动器、电机、传感器组、驱动电源、图像信号发送端、无线传输设备、定位系统、解码器、DSP系统和信号处理模块，信号处理模块将控制信号传输到DSP系统上，DSP系统是消防机器人本体硬件系统的核心部分，对各种传感器数据的采集处理、机器人电机运动控制和数据通信，DSP系统的输出端与电机驱动器连接，解码器分别与电机驱动器和电机连接，DSP系统将接收到的无线信号传输到解码器上，通过解码编程控制信号，对云台系统、红外摄像机、传感器组及机器人运动进行控制，图像视频系统与信号处理模块连接；
远程控制平台包括图像信号接收端、数据通信模块和远程服务终端，远程服务终端通过无线传输方式实现对机器人采集到的图像数据，定位数据、温度以及传感器组检测到的气体含量数据的收发及状态的监控，远程服务终端包括PC端和移动终端，图像信号接收端的输出端与远程服务终端的输入端信号连接，所述数据通信模块的输出端与远程服务终端的输入端信号连接。
传感器组包括红外测温传感器、CO传感器、CO2传感器、O2传感器、CH4传感器和超声传感器，采用所述超声传感器获取障碍物信息，通过分析所获取的信息感知外部环境，建立相应的模型，从而为障碍物的检测与避障做好知识储备；红外测温传感器采用热电红外温度传感器，利用红外辐射的热效应，通过温差电效应、热释电效应和热敏电阻等来测量所吸收的红外辐射，间接地测量辐射红外光物体的温度；CO传感器、CO2传感器、O2传感器、CH4传感器统称为气体传感器，所述气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。
超声传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透性好，超声波碰到杂志或分界面会产生显著反射形成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
机器人的定位：消防机器人可以采用视觉和多传感器信息融合相结合的导航与定位方式。机器人在行进过程中遇到障碍物时，通过超声传感器来获取障碍物信息，通过分析所获取的信息感知外部环境，建立相应的模型，从而为障碍物的检测与避障做好知识储备。
火灾现场环境检测：通过气体传感器、红外测温传感器、红外摄像机采集火灾环境信息。消防机器人身上安装的所有电器以及线路具有耐高温、抗辐射、防爆炸、防水的措施和功能。可将机器人周围的监控信息、视频图像实时传输远程控制平台，方便实时查看；可对巡检领域中出现的有害气体，火灾等危险信息进行快速反应、智能决策、并根据决策结果进行快速处理。
火灾检测与识别：机器人携带的红外测温仪可以捕捉从物体辐射出的红外能量，在火灾检测方面，依靠机器视觉、红外和温度传感器相互配合的方式准确探知火源位置。
远程控制平台：基于C/S架构设计火灾机器人网络控制系统的软件、设计网络通信协议，构建移动机器人远程控制平台。研究机器人监控平台主要是为了使火灾现场的监控工作更直观，更方便及时处理，可以对监测的环境信息开展状态量数据查询、监测分析、信息交流，设计网络通信的应用层消息格式，把机器人端采集的信息实时传送给客户端上传云平台，并进行智能处理，以可视化的图形方式显示给操作者；辅助操作者对机器人进行远程控制，机器人接收命令并执行相关操作，实现节能化、智能化管理；同时保证在恶劣的移动环境中系统的稳定性。远程控制平台的主要功能有：
(1)在三维可视化场景下为用户提供具有高度沉浸感的实时状态展示、辅助分析和数据查询，使操作人员能准确的了解火灾现场的环境状态并引导其进行相关的分析。
(2)解决火灾现场内各种环境、温度、火焰、有毒气体、等综合监控问题，集中整合不同监测内容的专项模块的环境信息。采用高可靠性的无线技术实现与机器人的通信，将视频、音频、传感器数据的传输。
(3)实现机器人的两种操控模式：有线和无线控制模式。在无线模式下可以自主实现导航及避障，同时可以实现对机器人参数的设置。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.消防机器人系统，包括消防机器人本体硬件控制系统和远程服务平台，其特征在于，
所述消防机器人本体硬件系统包括红外摄像机、电机驱动器、电机、传感器组、驱动电源、图像信号发送端、无线传输设备、定位系统、解码器、DSP系统和信号处理模块，所述信号处理模块与所述DSP系统信号电连接，以将控制信号传输到所述DSP系统上，所述DSP系统的输出端与电机驱动器电连接，所述解码器分别与所述电机驱动器和电机电连接；所述DSP系统与所述解码器信号连接，以将接收到的无线信号传输到所述解码器上，并通过解码编程控制信号，对所述红外摄像机、传感器组及机器人运动进行控制，所述红外摄像机与图像信号发送端电连接；
所述远程控制平台包括图像信号接收端、数据通信模块和远程服务终端，所述远程服务终端通过无线传输方式实现对机器人采集到的图像数据，定位数据、温度以及传感器组检测到的气体含量数据的收发及状态的监控，所述远程服务终端包括PC端和移动终端，所述图像信号接收端的输出端与远程服务终端的输入端信号连接，所述数据通信模块的输出端与远程服务终端的输入端信号连接。
2.根据权利要求1所述的消防机器人系统，其特征在于，所述传感器组包括红外测温传感器、CO传感器、CO2传感器、O2传感器、CH4传感器和超声传感器。
3.根据权利要求2所述的消防机器人系统，其特征在于，采用所述超声传感器获取障碍物信息，通过分析所获取的信息感知外部环境。
4.根据权利要求2所述的消防机器人系统，其特征在于，所述红外测温传感器包括热电红外温度传感器。
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