CN107441665A - 消防机器人的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种消防机器人的控制系统，包括机器人本体、便携式手持遥控器、后台以及远程监控系统装置，其中，机器人本体与其余三者分别连接；机器人本体上安装有用于喷水的水炮；机器人本体，包含通讯模块装置，控制模块装置，驱动模块装置一，驱动模块装置二，升降模块装置，云台控制模块装置，电源管理模块装置，其中，控制模块装置与其余模块装置分别连接；驱动模块装置一用于控制机器人本体运动，驱动模块装置二用于控制水炮转动，升降模块装置上安装有云台，云台具备水平方向和垂直方向转动功能。本发明具备良好的可靠性、防护性和扩展性。能够将现场图像远程传输到监控中心。云台具有垂直方向升降功能，所采集的视频视野具备良好的视野。

Description

消防机器人的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种消防机器人的控制系统及其控制方法。

背景技术

近些年，消防机器人不断发展。消防机器人可以替代消防员，前往危险区域展开灭火作业，特别适用于油气仓库，化学品仓库等危险区域。消防机器人的广泛应用可以减少火灾对消防员人身伤害。另外，城市当中一些老旧小区，经常因为消防通道堵塞而导致消防车无法靠近火灾现场，耽误宝贵的救援时间。消防机器人作为消防设备的延伸，具备体积小，部署灵活，安全性高等特点，可灵活部署到消防车难以到达的火灾现场。传统的消防机器人功能单一，在火灾现场只能完成灭火任务，功能性扩展性不强。本发明提供一种消防机器人控制系统，该系统具备良好的可靠性、防护性和扩展性。能够大幅度提高消防机器人功能。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种消防机器人的控制系统及其控制方法，该系统具备良好的可靠性、防护性和扩展性，能够丰富和拓展现有消防机器人功能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种消防机器人的控制系统，包括机器人本体、便携式手持遥控器、后台以及远程监控系统装置，其中，机器人本体与其余三者分别连接；机器人本体上安装有用于喷水的水炮；

机器人本体，包含通讯模块装置，控制模块装置，驱动模块装置一，驱动模块装置二，升降模块装置，云台控制模块装置，电源管理模块装置，其中，控制模块装置与其余模块装置分别连接；驱动模块装置一用于控制机器人本体运动，驱动模块装置二用于控制水炮转动，升降模块装置上安装有云台，云台具备水平方向和垂直方向转动功能。

所述的手持遥控器，包括控制模块装置，液晶显示模块装置，通讯模块装置，按键采集模块装置以及两个摇杆电位器，其中，控制模块装置与其余四者分别连接。

所述的手持遥控器，通讯模块采用低功耗，远距离低功耗的LoRa或者ZigBee无线通讯方式；控制模块装置包括相互连接的通讯接口电路和AD采集电路。

所述的机器人本体，包含控制模块，以及与之分别连接的通讯模块、驱动模块一、驱动模块二、升降模块、云台控制模块、电源管理模块和其他模块。

所述的机器人本体，通讯模块与手持遥控器所采用的通讯模块一对一配对使用，采用远距离低功耗的LoRa或者ZigBee无线通讯方式；

所述机器人本体控制模块，包含相互连接的电池电压采集电路，通讯电路，驱动器接口电路，直流电机驱动电路以及传感器接口电路；

所述机器人本体驱动模块一，包含两个大功率直流电机驱动器；

所述机器人本体驱动模块二，包含三路直流电机驱动电路；

所述机器人本体升降模块，包含一路直流电机驱动电路以及位置反馈装置；

所述机器人本体升降模块上安装有云台，云台具备水平方向和垂直方向转动功能。

所述机器人本体云台控制模块，保留RS485，RS422以及RS232等控制接口。

所述机器人本体电源管理模块，包含电池以及电池电压采集电路，过流保护电路等。

所述机器人本体其他模块，包含分别与控制模块连接的防撞触边，超声避障模块，警示灯模块，声音报警模块，有害气体检测模块以及生命探测模块等。

一种消防机器人的控制系统及其方法，包括：

系统分为便携式手持遥控器，机器人本体，后台以及远程监控系统装置四个主要部分。便携式手持遥控器主要作用是现场消防人员操作机器人本体运动，水炮动作以及显示机器人本体状态，机器人本体主要作用是将消防水炮运载到火灾现场，控制水炮喷射角度，完成灭火任务。同时，机器人本体所搭载的传感器可将现场有害气体浓度以及氧气浓度上报到遥控器。机器人本体还搭载具备升降功能的云台摄像机，能够将火灾现场图像传输到后台以及远程监控系统装置。

该消防机器人的控制系统的详细工作流程如下：

首先，消防员将消防机器人本体运送到火灾现场，在火灾现场附近安全区域部署消防机器人系统。消防员将遥控器、机器人本体以及后台开机。开机完成后遥控器、后台以及机器人本体自动建立无线通讯。

然后，消防员用遥控器操控机器人本体，前往火灾现场灭火。机器人本体搭载具备升降功能的云台，能够将火灾现场图像传输给后台，后台图像可通过4G技术，将现场图像传输到远程监控中心。机器人本体搭载有防撞触边，超声避障模块，警示灯模块，声音报警模块，有害气体检测模块以及生命探测模块，在保证现场人员，机器人安全的同时，还可获取火灾现场视频图像，有效辅助消防员了解火灾现场灾情。

最后，当消防机器人接近火灾现场时，消防员通过遥控器控制机器人本体水炮开合、高度位置以及转动角度，完成消防作业。

本发明的有益效果：

（1）传统的消防机器人功能相对单一，该发明所提供的控制系统拓展了消防机器人功能，具备良好的可靠性、防护性和扩展性。

（2）传统的消防机器人只能将灾情现场图像传输给现场后台。本系统图像传输采用4G方式传输，能够将现场图像远程传输到监控中心。

（3）传统的消防机器人云台只用水平和俯仰两个维度，该系统所采用的云台具有垂直方向升降功能，所采集的视频视野具备良好的视野。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是机器人本体结构框图。

图3是遥控器本体结构框图。

图4是遥控器通讯接口电路。

图5是遥控器AD采集电路。

图6是机器人本体的升降模块的直流电机驱动电路。

图7是机器人本体控制模块的电源管理模块的电池电压采集电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

一种消防机器人的控制系统，其特征在于：包括机器人本体、便携式手持遥控器、后台以及远程监控系统装置，其中，机器人本体与其余三者分别连接；机器人本体上安装有用于喷水的水炮；

机器人本体，包含通讯模块装置，控制模块装置，驱动模块装置一，驱动模块装置二，升降模块装置，云台控制模块装置，电源管理模块装置，其中，控制模块装置与其余模块装置分别连接；驱动模块装置一用于控制机器人本体运动，驱动模块装置二用于控制水炮转动，升降模块装置上安装有云台，云台具备水平方向和垂直方向转动功能。

手持遥控器，包括控制模块装置，液晶显示模块装置，通讯模块装置，按键采集模块装置以及两个摇杆电位器，其中，控制模块装置与其余四者分别有电气连接。

手持遥控器中，通讯模块装置采用LoRa无线通讯装置或者ZigBee无线通讯装置；控制模块装置包括相互连接的通讯接口电路和AD采集电路。

机器人本体中还包括分别与控制模块装置分别连接的防撞触边、超声避障模块装置、警示灯模块装置、声音报警模块装置、有害气体检测模块装置以及生命探测模块装置。

机器人本体中，驱动模块装置一，包含两个大功率直流电机驱动器；驱动模块装置，二包含三路直流电机驱动电路。

机器人本体的控制模块装置，包括电池电压采集电路，通讯电路，驱动器接口电路，直流电机驱动电路以及传感器接口电路；它们均与控制模块装置连接。

机器人本体中，升降模块装置，包括相互连接的一路直流电机驱动电路以及位置反馈装置；云台控制模块装置，有RS485，RS422以及RS232控制接口。

机器人本体的电源管理模块装置，包括相互连接的电池、电池电压采集电路以及过流保护电路；机器人本体的通讯模块装置与遥控器的通讯模块装置是一对一配对使用，机器人本体的通讯模块装置也采用LoRa无线通讯装置或者ZigBee无线通讯装置。

机器人本体的控制模块和电源管理模块都包括电池电压采集电路，这两个地方的电池电压采集电路是同一个电路。

本发明的消防机器人的控制方法，便携式手持遥控器用于现场消防人员操作机器人本体运动、水炮动作以及显示机器人本体状态；机器人本体用于将消防水炮运载到火灾现场，控制水炮喷射角度，完成灭火任务；同时，机器人本体所搭载的传感器将现场有害气体浓度以及氧气浓度上报到遥控器；机器人本体还搭载具备升降功能的云台摄像机，能够将火灾现场图像传输到后台以及远程监控系统装置。

消防机器人的控制方法，步骤如下：

首先，消防员将消防机器人本体运送到火灾现场，在火灾现场附近安全区域部署消防机器人系统；消防员将遥控器、机器人本体以及后台开机；开机完成后遥控器、后台以及机器人本体自动建立无线通讯；

然后，消防员用遥控器操控机器人本体，前往火灾现场灭火；机器人本体搭载具备升降功能的云台，能够将火灾现场图像传输给后台，后台图像能通过4G技术，将现场图像传输到远程监控中心；机器人本体在保证现场人员、机器人安全的同时，还能获取火灾现场视频图像，辅助消防员了解火灾现场灾情；

最后，当消防机器人接近火灾现场时，消防员通过遥控器控制机器人本体的水炮开合、高度位置以及转动角度，完成消防作业。

遥控器的控制模块11具有相互连接的通讯接口电路（图4）和AD采集电路（图5），可完成与通讯模块10,，液晶显示模块9的通讯以及完成对摇杆电位器12的AD采集。

控制模块采集到有按键采集模块13或者摇杆电位器12的控制命令时，会根据内置逻辑，将控制命令编码，经过编码的控制命令通过通讯模块10发送给机器人本体。

机器人本体的通讯模块采用电路等同于图4。

当机器人本体控制模块接收到通讯模块1发送的控制命令时，首先对控制命令完成解析，若是机器人本体运动命令，则发送控制信号到3驱动模块一，完成机器人本体运动控制；若控制命令为水炮转动命令，则发送控制信号到驱动模块二，通过驱动3个电机完成水炮角度的调整；若控制命令为云台控制命令，则控制升降模块和云台控制模块，完成云台姿态调整。控制模块1定时采集电源管理模块7以及其他模块8，完成机器人电压和火灾现场环境数据采集。

Claims (9)

1.一种消防机器人的控制系统，其特征在于：包括机器人本体、便携式手持遥控器、后台以及远程监控系统装置，其中，机器人本体与其余三者分别连接；机器人本体上安装有用于喷水的水炮；

机器人本体，包含通讯模块装置，控制模块装置，驱动模块装置一，驱动模块装置二，升降模块装置，云台控制模块装置，电源管理模块装置，其中，控制模块装置与其余模块装置分别连接；驱动模块装置一用于控制机器人本体运动，驱动模块装置二用于控制水炮转动，升降模块装置上安装有云台，云台具备水平方向和垂直方向转动功能。

2.根据权利要求1所述的消防机器人的控制系统，其特征在于：手持遥控器，包括控制模块装置，液晶显示模块装置，通讯模块装置，按键采集模块装置以及两个摇杆电位器，其中，控制模块装置与其余四者分别连接。

3.根据权利要求2所述的消防机器人的控制系统，其特征在于：手持遥控器中，通讯模块装置采用LoRa无线通讯装置或者ZigBee无线通讯装置；控制模块装置包括相互连接的通讯接口电路和AD采集电路。

4.根据权利要求1所述的消防机器人的控制系统，其特征在于：机器人本体中还包括分别与控制模块装置分别连接的防撞触边、超声避障模块装置、警示灯模块装置、声音报警模块装置、有害气体检测模块装置以及生命探测模块装置。

5.根据权利要求1所述的消防机器人的控制系统，其特征在于：机器人本体中，驱动模块装置一，包含两个大功率直流电机驱动器；驱动模块装置，二包含三路直流电机驱动电路。

6.根据权利要求1所述的消防机器人的控制系统，其特征在于：机器人本体中，升降模块装置，包括相互连接的一路直流电机驱动电路以及位置反馈装置；云台控制模块装置，有RS485，RS422以及RS232控制接口。

7.根据权利要求1所述的消防机器人的控制系统，其特征在于：机器人本体的电源管理模块装置，包括相互连接的电池、电池电压采集电路以及过流保护电路；机器人本体的通讯模块装置与遥控器的通讯模块装置是一对一配对使用，机器人本体的通讯模块装置也采用LoRa无线通讯装置或者ZigBee无线通讯装置。

8.一种权利要求1所述的消防机器人的控制方法，其特征在于：便携式手持遥控器用于现场消防人员操作机器人本体运动、水炮动作以及显示机器人本体状态；机器人本体用于将消防水炮运载到火灾现场，控制水炮喷射角度，完成灭火任务；同时，机器人本体所搭载的传感器将现场有害气体浓度以及氧气浓度上报到遥控器；机器人本体还搭载具备升降功能的云台摄像机，能够将火灾现场图像传输到后台以及远程监控系统装置。

9.根据权利要求8所述的消防机器人的控制方法，其特征在于：步骤如下：

首先，消防员将消防机器人本体运送到火灾现场，在火灾现场附近安全区域部署消防机器人系统；消防员将遥控器、机器人本体以及后台开机；开机完成后遥控器、后台以及机器人本体自动建立无线通讯；

然后，消防员用遥控器操控机器人本体，前往火灾现场灭火；机器人本体搭载具备升降功能的云台，能够将火灾现场图像传输给后台，后台图像能通过4G技术，将现场图像传输到远程监控中心；机器人本体在保证现场人员、机器人安全的同时，还能获取火灾现场视频图像，辅助消防员了解火灾现场灾情；

最后，当消防机器人接近火灾现场时，消防员通过遥控器控制机器人本体的水炮开合、高度位置以及转动角度，完成消防作业。