CN106719524B - 一种智能激光灭蚊装置及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于激光灭蚊领域，提供了一种智能激光灭蚊装置及机器人，智能激光灭蚊装置包括：控制器；由控制器控制、对目标蚊虫进行识别、跟踪的图像采集装置；由控制器控制，输出激光光束对目标蚊虫进行打击的激光器；由控制器控制，配合激光器将激光光束对准目标蚊虫的反射系统，本装置实现了智能化灭蚊，不但灭蚊效率高，节省了大量人力，而且不会造成环境污染。同时将智能激光灭蚊装置与机器人平台结合，实现了对空间范围内蚊虫的主动式灭杀，同时结合平台的巡航功能能够更加高效率地完成整个待工作范围内蚊虫的灭杀。
Description
技术领域
本发明属于激光灭蚊领域，尤其涉及一种智能激光灭蚊装置及机器人。
背景技术
蚊虫作为四害之一，可传播的疾病达80多种，其中最致命的是疟疾、登革热、黄热病、流行性乙型脑炎等。蚊虫在全球范围内传播疟疾，尤其是对发展中国家影响巨大，特别是在内战频繁、公共医疗和卫生条件恶劣的非洲尤为严重，据统计每43秒就有一名儿童死于疟疾。按照国际卫生组织的估算，每年大约有三亿人会感染疟疾，其中的死亡人数则会超过一百万。通过蚊虫传播的登革热是东南亚地区儿童死亡的主要原因之一，且在我国南方地区夏季普遍爆发。这些蚊虫传播的疾病爆发性强，且目前没有疫苗可以预防。
而在蚊虫灭杀方面，基本还都是采取化学药品的有毒喷杀，会带来一定的副作用及环境问题，还有一些蚊虫捕杀工具都是被动式的技术，效果较差。
目前人工智能的发展已经日臻成熟，人工智能能够进行环境感知、思维分析及人机交互，随着技术的发展，将机器人引入人们的日常生活和工作中，已成为一种趋势，如果能够将人工智能与灭蚊结合，则能大大地造福人类。
目前市面上还没有一种能够方便地进行蚊虫杀灭的智能化设备。
发明内容
本发明实施例提供一种智能激光灭蚊装置及智能灭蚊机器人，旨在解决目前市面上还没有一种能够方便地进行蚊虫杀灭的智能化设备的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种智能激光灭蚊装置，包括：
控制器；
图像采集装置，所述图像采集装置由所述控制器控制，对目标蚊虫进行识别、跟踪；
激光器，所述激光器由所述控制器控制，输出激光光束对所述目标蚊虫进行打击；
反射系统，所述反射系统由所述控制器控制，配合所述激光器将所述激光光束对准所述目标蚊虫。
本发明实施例还提供一种智能激光灭蚊机器人，包括：
如上所述的智能激光灭蚊装置；
搭载所述智能激光灭蚊装置、可进行移动的机器人平台；
控制所述机器人平台及所述智能激光灭蚊装置协调工作的核心处理器。
本发明提供了一种智能激光灭蚊装置及机器人，通过控制器控制图像采集装置对目标蚊虫进行识别与跟踪，再控制反射系统将激光器输出的激光光束对准目标蚊虫进行打击；实现了智能化灭蚊，不但灭蚊效率高，节省了大量人力，而且不会造成环境污染。同时将智能激光灭蚊装置与机器人平台结合，实现了对空间范围内蚊虫的主动式灭杀，同时结合平台的巡航功能能够更加高效率地完成整个待工作范围内蚊虫的灭杀。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种智能激光灭蚊装置侧面剖视图；
图2是本发明第一实施例提供的一种智能激光灭蚊装置立体图；
图3是本发明第一实施例提供的一种激光器的结构图；
图4是本发明第二实施例提供的一种智能激光灭蚊机器人的机构图；
图5是本发明第二实施例提供的一种智能激光灭蚊机器人的灭蚊流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种智能激光灭蚊装置及机器人，通过控制器控制图像采集装置对目标蚊虫进行识别与跟踪，再控制反射系统将激光器输出的激光光束对准目标蚊虫进行打击；实现了智能化灭蚊，不但灭蚊效率高，节省了大量人力，而且不会造成环境污染。同时将智能激光灭蚊装置与机器人平台结合，实现了对空间范围内蚊虫的主动式灭杀，同时结合平台的巡航功能能够更加高效率地完成整个待工作范围内蚊虫的灭杀。
第一实施例：
如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种智能激光灭蚊装置包括：
控制器1、图像采集装置2、激光器3以及反射系统4。其中，控制器1控制图像采集装置2、激光器3及反射系统4之间相互协调工作；图像采集装置2由控制器1控制，可以对目标蚊虫8进行识别与跟踪；激光器3由控制器1控制开启，以输出激光光束对目标蚊虫8进行打击；反射系统4由控制器1控制，配合激光器3，将激光光束对准目标蚊虫8，以进行精确打击。
在本发明实施例中，控制器1至少包括中央处理器、存储介质、内存、主板，以及与其他设备对接的I/O接口等；这里的控制器1的选型不作具体限定，只要能实现本方案的功能即可，例如，altera公司的Cyclone II系列的型号为EP2C35F484C8N的控制器就可以实现。
在本发明实施例中，图像采集装置2为摄像头模块。
参照图2所示，在本发明的一个实施例中，图像采集装置2与反射系统4之间设有一二向色镜5，使目标蚊虫8与其在所述二向色镜5上的投影位置的连线，与所述激光光束打击所述目标蚊虫8的方向同轴。
参照图3所示，在本发明的一个实施例中，激光器3包括激光发生装置31、激光准直装置32及激光聚焦装置33。其中激光发生装置31为激光二极管，本发明优选波长短的蓝紫色，功率为毫瓦级的激光二极管为激光光源；激光准直装置32对激光二级管发出的激光光束进行准直；激光聚焦装置33再将准之后的激光聚焦到对应位置。
在本发明的一个实施例中，激光器3的发射功率可调，即激光发射器为功率可调的激光发射器，根据具体的使用场景选择合适的激光发射功率。例如，在室内或人群密集区，用小功率如100毫瓦到3瓦的激光；而如果是在农田、打老鼠等，则需要将激光发射功率调大。具体的实现如，设置多个激光发射器，以便根据具体应用场景选择切换具有合适发射功率的激光发射器；或者采用脉宽可调电路来调节激光的功率参数。
在本发明实施例中，通过图像采集装置2对实时视频帧进行图像采集，然后对采集后的图像进行图像处理，识别出清晰目标，并对图像进行特征识别，区分当前目标物的种类，如蚊子、苍蝇、蝗虫或蟑螂等，确认了目标物的种类以后就可以通过控制器1发出调节激光发射功率的指令。
在本发明的一个实施例中，激光优选的波长范围为400nm到460nm之间。
在本发明的一种实施例中，反射系统4至少包括两个反射镜：第一反射镜41和第二反射镜42，及根据控制器1的控制指令驱动反射镜改变镜片方向的反射镜电机，反射镜电机包括第一反射镜电机43与第二反射镜电机44，分别和第一反射镜41及第二反射镜42对应连接。
在本发明的另一种实施例中，反射系统4至少包括一个反射镜，及控制反射镜改变镜片方向的压电陶瓷。
在本发明的一个实施例中，智能激光灭蚊装置还包括一红外补光装置6，红外补光装置6直接或间接对所述目标蚊虫的活动区域进行照射。
在本发明的一个实施例中，图像采集装置2前设有窄带滤光片，使返回图像采集装置2的光为单色光，背景颜色单一化，蚊子和背景明显区别，容易发现；可见光强烈时，也不会漏掉目标。本发明中优选红外窄带滤光片，红外窄带滤光片只允许红外背景光透过。
在本发明的一个实施例中，控制器1、图像采集装置2、激光器3及发射系统4固定于一支架7上。
作为本发明的一个实施例，智能激光灭蚊装置采用先初定位，再精确定位及跟踪的方式对目标蚊虫进行追踪。
作为本发明的一种实施例，图像采集装置2为一摄像头模块，其中摄像头模块可以是CCD摄像头模块或CMOS摄像头模块等。直接利用摄像头模块去大范围扫描工作空间，即初定位扫描；当发现目标蚊虫8后，摄像头模块固定工作，然后通过控制器1对摄像头模块的实时视频帧进行图像分析，利用背景差分法及视觉背景提取算法对摄像头模块视野内的运动目标进行识别、并精确跟踪，同时根据精确跟踪的目标方位信息，进行航迹预测，并控制激光器3输出激光光束，控制器1依据航迹预测算法生成反射镜控制信息，控制反射系统4的反射镜驱动模块41，通过反射镜驱动模块41控制反射镜模块42迅速调整反射角度，以将打在反射镜模块42上的激光光束精确导向目标蚊虫8，实现实时跟踪打击，直至目标在摄像头模块的跟踪视野内消失。
作为本发明的另一种实施例，控制器1与声音传感器模块相连，声音传感器模块至少包括一数据处理单元与两个声音传感器，两声音传感器分别对目标蚊虫8发出的声音进行探测，数据处理单元根据声音采集值来计算目标蚊虫8的方位坐标，然后将初定位的方位信息反馈给控制器1，控制器1根据初定位的方位信息控制摄像头模块的镜头朝向该方位，控制摄像头模块开始工作，此时目标在摄像头的小范围视野内，通过控制器1对摄像头模块的实时视频帧进行图像采集，利用图像处理算法对摄像头视野内的运动目标进行识别、并精确跟踪，同时根据目标方位信息进行航迹预测，并控制激光器3输出激光光束，控制器1依据航迹预测算法生成反射镜控制信息，控制反射系统4的反射镜驱动模块41，通过反射镜驱动模块41控制反射镜模块42迅速调整反射角度，以将打在反射镜模块42上的激光光束精确导向目标蚊虫8，实现实时跟踪打击，直至目标在摄像头模块的跟踪视野内消失。在本发明的一个实施例中，所述智能激光灭蚊装置还包括一防伤害误伤的识别模块，所述防伤害识别模块可对所述目标蚊虫所在区域的图像进行脸部识别，并分析。与预设模型进行匹配，并将匹配结果发送至所述控制器，使所述控制器根据匹配结果来控制是否发出打击指令。例如，该识别模块可以对图像采集装置2所采集到的目标蚊虫所在区域的背景进行脸部识别分析，若分析出目标蚊虫的背景符合脸部特征模型，则本次将不会发射激光，避免了激光对人造成的误伤。这里的预设模型可以包含如上述的人脸模型，还可以包括其他的人体模型，或者按需求设定的其他模型。
上述发明提供了一种智能激光灭蚊装置，包括：控制器；由控制器控制、对目标蚊虫进行识别、跟踪的图像采集装置；由控制器控制，输出激光光束对目标蚊虫进行打击的激光器；由控制器控制，配合激光器将激光光束对准目标蚊虫的反射系统；通过控制器控制图像采集装置对目标蚊虫进行识别与跟踪，再控制反射系统将激光器输出的激光光束对准目标蚊虫进行打击；实现了智能化灭蚊，不但灭蚊效率高，节省了大量人力，而且不会造成环境污染。
第二实施例：
如图4所示，一种智能激光灭蚊机器人，包括如第一实施例所示的智能激光灭蚊装置100、机器人平台200及设于机器人平台内的核心处理器210(图中未示出)。其中，机器人平台200用于搭载智能激光灭蚊装置，并可进行移动；核心处理器210可控制机器人平台200及智能激光灭蚊装置100之间进行协调工作。
在本发明的一个实施例中，机器人平台200底部具有车轮组或履带轮等行驶机构220，使机器人平台可在场地上自由移动。
在本发明的一个实施例中，机器人平台200通过一转动装置230与智能激光灭蚊装置100相连，转动装置230可进行360度水平旋转及上下俯仰，其中上下俯仰角度可达180°，从而使智能激光灭蚊装置100可以对大范围的空间进行扫描和蚊虫击杀。
在本发明的一个实施例中，智能激光灭蚊机器人还包括一超声测距装置240(图中未示出)，所述超声测距装置240与所述核心处理器300相连。
参照图5所示，当智能激光灭蚊机器人运行时，声音定位传感器开始工作对目标进行初定位，当没有探测到目标时候，则机器人平台200巡航到下一规划点继续探测目标。当探测到有目标后，将目标的大致方位信息传递给核心处理器300，核心处理器300根据目标方位信息控制转动装置230转动，使摄像头模块对目标进行精跟踪，即通过摄像头模块对实时视频帧进行采集，然后对采集后的图像进行图像处理，识别出清晰目标，并根据在图像中的像素位置进而精确定位目标所在的方位信息，并通过实时视频帧的处理对目标进行跟踪，同时将目标的方位信息传递给反射系统并开启激光器对目标进行跟踪打击消灭，若在视频帧采集图像实时处理过程中检测到有其他防伤害的目标进入后，则信号传递立即关闭攻击激光进而实现防护机制。
在本发明的一个实施例中，机器人平台200底部设有真空吸附装置(图中未示出)，及垃圾存储箱(图中未示出)，在需要时，可以在机器人平台200移动时开启真空吸附装置及垃圾存储箱，使机器人平台200进行工作环境的清扫。
在本发明的一个实施例中，机器人上还设有环境检测装置250，环境检测装置250至少包括一个或多个可分别测量温度、湿度、PM2.5及有害气体浓度的传感器。环境检测装置250主要用于场景实时监控，其中摄像头模块能够实时监控平台所处环境的外部图像信息，并能够将所监控的信息利用远程监控上传到手持终端；环境检测装置250利用内部的传感器能够探测平台所处环境的温度、湿度、PM2.5及密闭空间中的甲醛等有害气体含量信息并进行显示；燃气泄漏及火灾预警模块利用内部的传感器能够探测所处环境的燃气含量及烟雾探测并进行报警。
在本发明的一个实施例中，机器人还具有智能家居控制接口，通过智能家居控制接口可以将智能激光灭蚊机器人接入智能家居系统中，通过手机APP可以远程遥控该终端模块，既方便又可控。
本发明实施例中，将智能激光灭蚊装置与机器人平台相结合，实现了对空间范围内蚊虫的有效环保主动式灭杀，同时结合平台的巡航功能能够更加高效率的完成整个待工作范围内蚊虫的灭杀。其中优选扫地功能在灭杀蚊虫的同时能够对区域进行清扫工作，大大提高了产品的功能性，同理优选环境监测功能在平时待机条件下可以实现对工作区域内的环境监测及实时监控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种智能激光灭蚊装置，其特征在于，包括：
控制器；
图像采集装置，所述图像采集装置由所述控制器控制，对目标蚊虫进行识别、跟踪；
激光器，所述激光器由所述控制器控制，输出激光光束对所述目标蚊虫进行打击；
反射系统，所述反射系统由所述控制器控制，配合所述激光器将所述激光光束对准所述目标蚊虫；
控制器与声音传感器模块相连，声音传感器模块至少包括一数据处理单元与两个声音传感器，两个声音传感器分别对目标蚊虫发出的声音进行探测，数据处理单元根据声音采集值来计算目标蚊虫的方位坐标，然后将初定位的方位信息反馈给控制器，控制器根据初定位的方位信息控制图像采集装置朝向该方位，控制图像采集装置开始工作，然后通过控制器对图像采集装置的实时视频帧进行图像采集，利用图像处理算法对摄像头视野内的运动目标进行识别、并精确跟踪。
2.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于，所述图像采集装置与所述反射系统之间设有一个二向色镜，使所述目标蚊虫与其在所述二向色镜上的投影位置的连线，与所述激光光束打击所述目标蚊虫的方向同轴。
3.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于：所述激光器包括激光发生装置、激光准直装置及激光聚焦装置。
4.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于，所述激光器的发射功率可调。
5.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于，所述反射系统至少包括两个反射镜，及根据所述控制器的控制指令驱动所述反射镜改变镜片方向的反射镜电机。
6.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于，所述反射系统至少包括一个反射镜，及控制所述反射镜改变镜片方向的压电陶瓷。
7.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于，所述智能激光灭蚊装置还包括一防误伤的识别模块，所述识别模块可对所述目标蚊虫所在区域的图像进行识别，并与预设模型进行匹配，并将匹配结果发送至所述控制器，使所述控制器根据匹配结果来控制是否发出打击指令。
8.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于，所述智能激光灭蚊装置还包括一红外补光装置，所述红外补光装置直接或间接对所述目标蚊虫的活动区域进行照射。
9.如权利要求1所述的智能激光灭蚊装置，其特征在于，所述图像采集装置前设有红外窄带滤光片。
10.一种智能激光灭蚊机器人，其特征在于，包括：
如权利要求1至9任一项所述的智能激光灭蚊装置；
搭载所述智能激光灭蚊装置、可进行移动的机器人平台；
设于所述机器人平台上，控制所述机器人平台及所述智能激光灭蚊装置协调工作的核心处理器。
11.如权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述机器人平台通过一个转动装置与所述智能激光灭蚊装置相连，所述转动装置可进行360度水平旋转及上下180度俯仰。
12.如权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述机器人平台底部具有车轮组或履带轮。
13.如权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述机器人平台还包括一个超声测距装置，所述超声测距装置与所述核心处理器相连。
14.如权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述机器人底部设有真空吸附装置和垃圾存储箱。
15.如权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述机器人上设有环境检测装置，所述环境检测装置至少包括一个或多个可分别测量温度、湿度、PM2.5及甲醛浓度的传感器。
16.如权利要求11所述的机器人，其特征在于，所述机器人具有智能家居控制接口。
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