CN108214514A - 一种智能化校园安防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能化校园安防机器人，包括警报器，摄像装置，旋转机构，设备存放区，底盘，烟雾传感器，温度传感器，光敏传感器，红外线夜视摄像机，热成像仪，显示器，充电孔，USB接口，方形凹槽，滑道，固定销，太阳能电池板，插销，电动伸缩杆，移动轮，超声波测距传感器，保险杠和防水垫，所述的底盘两侧面安装有移动轮该底盘上方前端设有超声波测距传感器，底盘前端设有保险杠。本发明的红外线夜视摄像机，热成像仪，设备存放区，太阳能电池板和超声波测距传感器的设置，具有智能化监控和报警能力，提高安全防护，增加了机器人的续航能力，同时能够代替人工巡逻，且具备人工巡逻所不具备的监控能力。

Description

一种智能化校园安防机器人

技术领域

本发明属于安防机器人领域，尤其涉及一种智能化校园安防机器人。

背景技术

近年来，我国的教育事业有了迅速的发展，但校园安全事故却屡屡发生，校园的安全因为学生的重要性，已经得到国家和社会的重视，校园安全问题已成为社会各界关注的热点问题，学校的安全工作直接关系到青少年学生能否安全，健康地成长，关系到千千万万个家庭的幸福安宁以及社会的发展，校园巡逻工作是一项责任重大的安保工作，然而目前的校园监控存在盲区，人的生理特征也使得在人们工作中难免有所疏忽。

中国专利公开号为CN 105563488 A，发明创造的名称为一种夜巡机器人，包括机器人主体，以及驱动机器人主体移动的底盘机构，还包括执行机构、声光装置、传感器单元和控制单元；其中，所述的传感器单元包括热成像仪，所述控制单元根据热成像仪采集的红外热像数据，并根据人体生命体征，判断巡检区域中人体生命体征类型，当判断为正常行为时，则发出控制指令，通过执行机构驱动底盘机构，从而带动驱动机器人主体移动；当判断为异常行为时，则发出报警指令驱动声光装置报警，但是现有安防机器人存在着智能化程度低，无法躲避障碍物，续航能力不理想，难以实现不间断巡逻的问题。

因此，发明一种智能化校园安防机器人显得非常必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种智能化校园安防机器人，以解决现有安防机器人存在着智能化程度低，无法躲避障碍物，续航能力不理想，难以实现不间断巡逻的问题，一种智能化校园安防机器人，包括警报器，摄像装置，旋转机构，设备存放区，底盘，烟雾传感器，温度传感器，光敏传感器，红外线夜视摄像机，热成像仪，显示器，充电孔，USB接口，方形凹槽，滑道，固定销，太阳能电池板，插销，电动伸缩杆，移动轮，超声波测距传感器，保险杠和防水垫，其中：底盘的平板上从下往上依次设有设备存放区，旋转机构，摄像装置和警报器，且摄像装置的上端安装有烟雾传感器，温度传感器和光敏传感器，该摄像装置内部安装有红外线夜视摄像机和热成像仪；所述的设备存放区前端设有显示器，该设备存放区底部侧面水平设有充电孔和USB接口，该充电孔以可拆卸方式安装有防水盖，且设备存放区后端设有方形凹槽；所述的方形凹槽内部两侧设有滑道，且滑道通过固定销与太阳能电池板上端相连；所述的底盘两侧面安装有移动轮，且连接处设有减震机构，该底盘上方前端设有超声波测距传感器，底盘前端设有保险杠。

所述的旋转机构包括转向电机，位置传感器和变速箱一，其中：所述的转向电机采用无刷直流伺服电机，且通过信号线与位置传感器相连，该转向电机通过自身的旋转轴与变速箱一相连；所述的位置传感器采用三个，其中：两个采用直线位置传感器，分别安装在液压缸或者驱动电机的一侧，一个采用角位移传感器，安装在转向电机的一侧，便于采集机器人的移动信息或者旋转角度，并传递给主控制器进行计算。

所述的设备存放区包括隔板，穿线孔，震动传感器，定位传感器，主控制器，存储器，MPPT控制器，液压泵，油箱，液压管和液压缸，其中：所述的设备存放区具有四层，从下往上依次分为第一层，第二层，第三层以及第四层，每层之间由隔板隔开，且隔板一端设有穿线孔；所述的震动传感器，定位传感器和电动伸缩杆设置在第一层，且均通过导线连接有主控制器，其中：电动伸缩杆一端通过插销与太阳能电池板下端相连；所述的主控制器，存储器和MPPT控制器依次水平排列在第二层，其中：MPPT控制器通过导线连接有太阳能电池板，蓄电池和主控制器；所述的液压泵和油箱设置在第四层，且液压泵通过液压管与第四层的液压缸相连。

所述的主控制器包括稳压模块，信号调理模块，捕捉识别模块，A/D转换模块，单片机，对比模块，显示模块，通讯模块，驱动模块一，驱动模块二，继电器一和继电器二，其中：所述的稳压模块采用7805三端稳压电路；所述的单片机采用型号为STM32F103RBT6的单片机芯片，其中包括输入端和输出端，该输入端通过捕捉识别模块，A/D转换模块或者USB接口与摄像装置，信号调理模块或者外部计算机相连，输出端通过对比模块，显示模块，通讯模块，驱动模块一，驱动模块二，继电器一或者继电器二与警报器，显示器，监控中心，电动伸缩杆，液压泵，转向电机或者驱动电机相连，且对比模块并联有存储器。

所述的MPPT控制器具有最大功率点跟踪系统，通过温度传感器以及光敏传感器组合互补，可以准确的识别并追踪阳光，保证太阳能电池板处于最大工作效率的状态，能够将更多的光转换为电能存储到蓄电池中，智能化程度高，便于提高管理效率，降低管理成本。

所述的底盘包括变速箱二，驱动电机，速度传感器和蓄电池，其中：所述的驱动电机采用无刷直流伺服电机，且连接有速度传感器，便于检测单位时间内机器人移动的距离；所述的蓄电池通过MPPT控制器与太阳能电池板或者主控制器相连，其中：太阳能电池板采用单晶硅太阳能电池，便于利用太阳能给蓄电池充电，增加机器人的续航能力。

所述的红外夜视摄像机内部采用群谚双滤光片切换器，可以满足白天或者夜晚的监控摄像要求，且红外夜视摄像机与热成像仪互补同时进行图像采集，并且将采集的图像及时发送到单片机进行识别对比，具有智能化监控和报警的能力，有利于提高效率和监控精度，且能够代替人工巡逻，且具备人工巡逻所不具备的监控能力。

所述的电动伸缩杆采用伸长范围为50厘米至100厘米的电动式伸缩杆，所述的电动伸缩杆与插销的夹角为30度至70度，有利于提高太阳光的吸收面积，确保设备的发电效率。

所述的超声波测距传感器包括波发送器和波接受器，在空气中超声波的传播速度为340m/s，从波发送器发出超声波到波接收器接受到反射回来的超声波时间为t，由s＝340t/2，即可得出发射点距障碍物的距离s，超声波测距传感器将测得的障碍物距离发送给主控制器，主控制器通过继电器就可控制驱动电机使移动轮停止或者转向，避免机器人与障碍物发生碰撞，具有多方位的监控参数采集能力和较强的环境适用能力，同时安装在底盘前端的保险杠也可以吸收或者减缓外界冲击力，有利于保证机器人的使用安全。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的MPPT控制器的设置，可以准确的识别并追踪阳光，保证太阳能电池板处于最大工作效率的状态，能够将更多的光转换为电能存储到蓄电池中智能化程度高，便于提高管理效率，降低管理成本。

2.本发明的红外夜视摄像机和热成像仪的设置，具有智能化监控和报警的能力，有利于提高效率和监控精度，且能够代替人工巡逻，且具备人工巡逻所不具备的监控能力。

3.本发明的太阳能电池板的设置，便于利用太阳能给蓄电池充电，增加机器人的续航能力。

4.本发明的超声波测距传感器和保险杠的设置，避免机器人与障碍物发生碰撞，具有多方位的监控参数采集能力和较强的环境适用能力，有利于保证机器人的使用安全。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图。

图2是本发明的内部结构示意图。

图3是本发明的超声波测距传感器原理示意图。

图4是本发明的A-A局部放大示意图。

图5是本发明的MPPT控制器电路示意图。

图6是本发明的工作原理示意图。

图中：

1-警报器，2-摄像装置，3-旋转机构，3a-转向电机，3b-位置传感器,3c-变速箱一，4-设备存放区，4a-隔板，4b穿线孔，4c-震动传感器，4d-定位传感器，4e-主控制器，4e1-稳压模块，4e2-信号调理模块，4e3-捕捉识别模块，4e4-A/D转换模块，4e5-单片机，4e6-对比模块，4e7-显示模块，4e8-通讯模块，4e9-驱动模块一，4e10-驱动模块二，4e11-继电器一,4e12-继电器二，4f-存储器，4g-MPPT控制器，4h-液压泵，4i-油箱，4j-液压管,4k-液压缸，5-底盘，5a-变速箱二，5b-驱动电机，5c-速度传感器,5d-蓄电池，6-烟雾传感器，7-温度传感器，8-光敏传感器，9-红外线夜视摄像机，10-热成像仪，11-显示器，12-充电孔，13-USB接口，14-方形凹槽，15-滑道，16-固定销，17-太阳能电池板，18-插销，19-电动伸缩杆，20-移动轮，21-超声波测距传感器，22-保险杠,23-防水垫。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图6所示

本发明提供一种智能化校园安防机器人，包括警报器1，摄像装置2，旋转机构3，设备存放区4，底盘5，烟雾传感器6，温度传感器7，光敏传感器8，红外线夜视摄像机9，热成像仪10，显示器11，充电孔12，USB接口13，方形凹槽14，滑道15，固定销16，太阳能电池板17，插销18，电动伸缩杆19，移动轮20，超声波测距传感器21，保险杠22和防水垫23，其中：底盘5的平板上从下往上依次设有设备存放区4，旋转机构3，摄像装置2和警报器1，且摄像装置2的上端安装有烟雾传感器6，温度传感器7和光敏传感器8，该摄像装置2内部安装有红外线夜视摄像机9和热成像仪10；所述的设备存放区4前端设有显示器11，该设备存放区4底部侧面水平设有充电孔12和USB接口13，该充电孔12以可拆卸方式安装有防水盖，且设备存放区4后端设有方形凹槽14；所述的方形凹槽14内部两侧设有滑道15，且滑道15通过固定销16与太阳能电池板17上端相连；所述的底盘5两侧面安装有移动轮20，且连接处设有减震机构，该底盘5上方前端设有超声波测距传感器21，底盘5前端设有保险杠22。

所述的旋转机构3包括转向电机3a，位置传感器3b和变速箱一3c，其中：所述的转向电机3a采用无刷直流伺服电机，且通过信号线与位置传感器3b相连，该转向电机3a通过自身的旋转轴与变速箱3c相连；所述的位置传感器3b采用三个，其中：两个采用直线位置传感器，分别安装在液压缸4k或者驱动电机5b的一侧，一个采用角位移传感器，安装在转向电机3a的一侧，便于采集机器人的移动信息或者旋转角度，并传递给主控制器4e进行计算。

所述的设备存放区4包括隔板4a，穿线孔4b，震动传感器4c，定位传感器4d，主控制器4e，存储器4f，MPPT控制器4g，液压泵4h，油箱4i，液压管4j和液压缸4k，其中：所述的设备存放区4具有四层，从下往上依次分为第一层，第二层，第三层以及第四层，每层之间由隔板4a隔开，且隔板4a一端设有穿线孔4b；所述的震动传感器4c，定位传感器4d和电动伸缩杆19设置在第一层，且均通过导线连接有主控制器4e，其中：电动伸缩杆19一端通过插销18与太阳能电池板17下端相连；所述的主控制器4e，存储器4f和MPPT控制器4g依次水平排列在第二层，其中：MPPT控制器4g通过导线连接有太阳能电池板17，蓄电池5d和主控制器4e；所述的液压泵4h和油箱4i设置在第四层，且液压泵4h通过液压管4j与第四层的液压缸4k相连。

所述的主控制器4e包括稳压模块4e1，信号调理模块4e2，捕捉识别模块4e3，A/D转换模块4e4，单片机4e5，对比模块4e6，显示模块4e7，通讯模块4e8，驱动模块一4e9，驱动模块二4e10，继电器一4e11和继电器二4e12，其中：所述的稳压模块4e1采用7805三端稳压电路；所述的单片机4e5采用型号为STM32F103RBT6的单片机芯片，其中包括输入端和输出端，该输入端通过捕捉识别模块4e3，A/D转换模块4e4或者USB接口13与摄像装置2，信号调理模块4e2或者外部计算机相连，输出端通过对比模块4e6，显示模块4e7，通讯模块4e8，驱动模块一4e9，驱动模块二4e10，继电器一4e11或者继电器二4e12与警报器1，显示器11，监控中心，电动伸缩杆19，液压泵4h，转向电机3a或者驱动电机5b相连，且对比模块4e6并联有存储器4f。

所述的MPPT控制器4g具有最大功率点跟踪系统，通过温度传感器7以及光敏传感器8组合互补，可以准确的识别并追踪阳光，保证太阳能电池板17处于最大工作效率的状态，能够将更多的光转换为电能存储到蓄电池5d中，智能化程度高，便于提高管理效率，降低管理成本。

所述的底盘5包括变速箱二5a，驱动电机5b，速度传感器5c和蓄电池5d，其中：所述的驱动电机5b采用无刷直流伺服电机，且连接有速度传感器5c，便于检测单位时间内机器人移动的距离；所述的蓄电池通过MPPT控制器4g与太阳能电池板17或者主控制器4e相连，其中：太阳能电池板17采用单晶硅太阳能电池，有利于利用太阳能给蓄电池充电，增加机器人的续航能力。

所述的红外夜视摄像机9内部采用群谚双滤光片切换器，可以满足白天或者夜晚的监控摄像要求，且红外夜视摄像机9与热成像仪10互补同时进行图像采集，并且将采集的图像及时发送到单片机4e5进行识别对比，具有智能化监控和报警的能力，有利于提高效率和监控精度，且能够代替人工巡逻，且具备人工巡逻所不具备的监控能力。

所述的电动伸缩杆19采用伸长范围为50厘米至100厘米的电动式伸缩杆，所述的电动伸缩杆19与插销18的夹角为30度至70度，有利于提高太阳光的吸收面积，确保设备的发电效率。

所述的超声波测距传感器21包括波发送器和波接受器，在空气中超声波的传播速度为340m/s，从波发送器发出超声波到波接收器接受到反射回来的超声波时间为t，由s＝340t/2，即可得出发射点距障碍物的距离s，超声波测距传感器21将测得的障碍物距离发送给主控制器4e，主控制器4e通过继电器2就可控制驱动电机5b使移动轮20停止或者转向，避免机器人与障碍物发生碰撞，具有多方位的监控参数采集能力和较强的环境适用能力，同时安装在底盘5前端的保险杠22也可以吸收或者减缓外界冲击力，有利于保证机器人的使用安全。

工作原理

本发明中，首先通过USB接口13外接计算机，将学校内的道路，房屋布局以及校内人员信息传递到存储器4f中，主控制器4e将根据存储的道路进行移动，开始巡逻检查，摄像装置2拍摄校内照片，通过捕捉识别模块4e3采集校内人员的照片信息，并通过对比模块4e6与存储器4f中存储的人员进行对比，发现校外人员后将其照片信息传递给单片机4e5，单片机4e5再通过通讯模块4e8接入校内区域网发送到监控中心，同时警报器1开启，提醒周围人员，若是学生家人或者亲友前来探望，可通过门岗保卫室采集探望人员信息将其通过通讯模块4e8直接写入存储器4f，避免机器人发出警报。

在巡逻过程中，超声波测距传感器21将不断的向前发出超声波，如果机器人前方出现障碍物，则通过接受反射回来超声波的时间，根据在空气中超声波的传播速度为340m/s，从波发送器发出超声波到波接收器接受到反射回来的超声波时间为t，由s＝340t/2，即可得出发射点距障碍物的距离s，超声波测距传感器21将测得的障碍物距离发送给主控制器4e，主控制器4e通过继电器2就可控制驱动电机5b使移动轮20停止或者转向，避免机器人与障碍物发生碰撞，对机器人的寿命造成影响，同时安装在底盘5前端的保险杠22也可以吸收或者减缓外界冲击力，有利于保证机器人的使用安全。

在机器人电量不足时，将通过驱动模块一4e9启动电动伸缩杆19，电动伸缩杆19伸长时将太阳能电池板17带出，并且通过机器人顶部的温度传感器7以及光敏传感器8检测出太阳的位置，将太阳能电池板17对准太阳方向，同时通过MPPT控制器4g的控制，将实现最大功率点跟踪，有利于利用太阳能发电给蓄电池5d充电，增加机器人的续航能力。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能化校园安防机器人，其特征在于，包括警报器(1)，摄像装置(2)，旋转机构(3)，设备存放区(4)，底盘(5)，烟雾传感器(6)，温度传感器(7)，光敏传感器(8)，红外线夜视摄像机(9)，热成像仪(10)，显示器(11)，充电孔(12)，USB接口(13)，方形凹槽(14)，滑道(15)，固定销(16)，太阳能电池板(17)，插销(18)，电动伸缩杆(19)，移动轮(20)，超声波测距传感器(21)，保险杠(22)和防水垫(23)，其中：底盘(5)的平板上从下往上依次设有设备存放区(4)，旋转机构(3)，摄像装置(2)和警报器(1)，且摄像装置(2)的上端安装有烟雾传感器(6)，温度传感器(7)和光敏传感器(8)，该摄像装置(2)内部安装有红外线夜视摄像机(9)和热成像仪(10)；所述的设备存放区(4)前端设有显示器(11)，该设备存放区(4)底部侧面水平设有充电孔(12)和USB接口(13)，该充电孔(12)以可拆卸方式安装有防水盖，且设备存放区(4)后端设有方形凹槽(14)；所述的方形凹槽(14)内部两侧设有滑道(15)，且滑道(15)通过固定销(16)与太阳能电池板(17)上端相连；所述的底盘(5)两侧面安装有移动轮(20)，且连接处设有减震机构，该底盘(5)上方前端设有超声波测距传感器(21)，底盘(5)前端设有保险杠(22)。

2.如权利要求1所述的智能化校园安防机器人，其特征在于，所述的旋转机构(3)包括转向电机(3a)，位置传感器(3b)和变速箱一(3c)，其中：所述的转向电机(3a)采用无刷直流伺服电机，且通过信号线与位置传感器(3b)相连，该转向电机(3a)通过自身的旋转轴与变速箱一(3c)相连；所述的位置传感器(3b)采用三个，其中：两个采用直线位置传感器，分别安装在液压缸(4k)或者驱动电机(5b)的一侧，一个采用角位移传感器，安装在转向电机(3a)的一侧。

3.如权利要求1所述的智能化校园安防机器人，其特征在于，所述的设备存放区(4)包括隔板(4a)，穿线孔(4b)，震动传感器(4c)，定位传感器(4d)，主控制器(4e)，存储器(4f)，MPPT控制器(4g)，液压泵(4h)，油箱(4i)，液压管(4j)和液压缸(4k)，其中：所述的设备存放区(4)具有四层，从下往上依次分为第一层，第二层，第三层以及第四层，每层之间由隔板(4a)隔开，且隔板(4a)一端设有穿线孔(4b)；所述的震动传感器(4c)，定位传感器(4d)和电动伸缩杆(19)设置在第一层，且均通过导线连接有主控制器(4e)，其中：电动伸缩杆(19)一端通过插销(18)与太阳能电池板(17)下端相连；所述的主控制器(4e)，存储器(4f)和MPPT控制器(4g)依次水平排列在第二层，其中：MPPT控制器(4g)通过导线连接有太阳能电池板(17)，蓄电池(5d)和主控制器(4e)；所述的液压泵(4h)和油箱(4i)设置在第四层，且液压泵(4h)通过液压管(4j)与第四层的液压缸(4k)相连。

4.如权利要求3所述的智能化校园安防机器人，其特征在于，所述的主控制器(4e)包括稳压模块(4e1)，信号调理模块(4e2)，捕捉识别模块(4e3)，A/D转换模块(4e4)，单片机(4e5)，对比模块(4e6)，显示模块(4e7)，通讯模块(4e8)，驱动模块一(4e9)，驱动模块二(4e10)，继电器一(4e11)和继电器二(4e12)，其中：所述的稳压模块(4e1)采用7805三端稳压电路；所述的单片机(4e5)采用型号为STM32F103RBT6的单片机芯片，其中包括输入端和输出端，该输入端通过捕捉识别模块(4e3)，A/D转换模块(4e4)或者USB接口(13)与摄像装置(2)，信号调理模块(4e2)或者外部计算机相连，输出端通过对比模块(4e6)，显示模块(4e7)，通讯模块(4e8)，驱动模块一(4e9)，驱动模块二(4e10)，继电器一(4e11)或者继电器二(4e12)与警报器(1)，显示器(11)，监控中心，电动伸缩杆(19)，液压泵(4h)，转向电机(3a)或者驱动电机(5b)相连，且对比模块(4e6)并联有存储器(4f)。

5.如权利要求1所述的智能化校园安防机器人，其特征在于，所述的底盘(5)包括变速箱二(5a)，驱动电机(5b)，速度传感器(5c)和蓄电池(5d)，其中：所述的驱动电机(5b)采用无刷直流伺服电机，且连接有速度传感器(5c)；所述的蓄电池通过MPPT控制器(4g)与太阳能电池板(17)或者主控制器(4e)相连，其中：太阳能电池板(17)采用单晶硅太阳能电池。

6.如权利要求1所述的智能化校园安防机器人，其特征在于，所述的红外夜视摄像机(9)内部采用群谚双滤光片切换器，且红外夜视摄像机(9)与热成像仪(10)互补同时进行图像采集。

7.如权利要求1所述的智能化校园安防机器人，其特征在于，所述的电动伸缩杆(19)采用伸长范围为50厘米至100厘米的电动式伸缩杆，所述的电动伸缩杆(19)与插销(18)的夹角为30度至70度。

8.如权利要求1所述的智能化校园安防机器人，其特征在于，所述的超声波测距传感器(21)包括波发送器和波接受器，在空气中超声波的传播速度为340m/s，从波发送器发出超声波到波接收器接受到反射回来的超声波时间为t，由s＝340t/2，即可得出发射点距障碍物的距离s，超声波测距传感器(21)将测得的障碍物距离发送给主控制器(4e)。