CN108262736A - 室内智能巡检机器人及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内智能巡检机器人，包括行走机构、自主导航系统、定点作业系统、主控制器和锂电池组；所述自主导航系统用于引导所述行走机构沿着预设路线正确行进；所述定点作业系统用于对预设位置进行巡检作业；所述定点作业系统包括RFID射频识别读写器，所述RFID射频识别读写器与已编辑好程序命令的射频识别标记卡配合，将在巡检工作中需要定点作业的位置进行预先的程序标记，通过识别具有不同程序命令的所述射频识别标记卡来进行不同的巡检作业。本发明还公开了一种室内智能巡检系统。本发明提高了巡检的自动化程度，巡检效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内智能巡检机器人，还涉及一种包括该室内智能巡检机器人的室内智能巡检系统。
背景技术
目前设备机房、数据机房、仓库等室内环境均采用传统的固定式、离散式检测系统，不能实现对室内的情况完全覆盖，人工巡检的频率至多只能达到每周一次，当发生紧急情况时，无法在必要时对室内的特定部位采取有效处理措施，无法第一时间将现场的清晰信息采集到监控中心，情况严重时还可能发生重大社会安全事故。
发明内容
本发明的目的是解决目前机房等室内环境人工巡检效率低，死角大的技术问题。
为实现以上发明目的，一方面，本发明提供一种室内智能巡检机器人，包括行走机构、自主导航系统、定点作业系统、主控制器和锂电池组；
所述自主导航系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于引导所述行走机构沿着预设路线正确行进；
所述定点作业系统连接至所述主控制器，用于对预设位置进行巡检作业；
所述自主导航系统包括16位磁感应寻迹模块和智能红外线自主避障模块，所述16位磁感应寻迹模块通过获取所述行走机构与感应条的相对位置，由所述主控制器修正所述行走机构的运动方向；
所述定点作业系统包括RFID射频识别读写器，所述RFID射频识别读写器与已编辑好程序命令的射频识别标记卡配合，将在巡检工作中需要定点作业的位置进行预先的程序标记，通过识别具有不同程序命令的所述射频识别标记卡来进行不同的巡检作业。
进一步地，还包括图像采集处理系统；
所述图像采集处理系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于采集巡检现场图像并处理，所述主控制器根据所述现场图像判别故障设备的型号；
所述图像采集处理系统包括远程网络高清云台，所述远程网络高清云台通过智能巡检摄像头全方位采集巡检现场图像。
进一步地，还包括温度湿度感应检测系统；
所述温度湿度感应检测系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于采集巡检现场的温度和湿度信息，进行环境监测。
进一步地，还包括烟雾感应检测系统；
所述烟雾感应检测系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于检测巡检现场的烟雾信号，当检测到烟雾时报警。
进一步地，还包括无线自主充电系统；
所述无线自主充电系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于实时检测所述锂电池组的供电电压，当供电电压低于预设值时，所述主控制器控制所述行走机构移动至充电待机点，通过电波输电实现无线充电。
进一步地，还包括远程灭火系统；
所述远程灭火系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于接收远程灭火指令，并根据所述灭火指令进行灭火；
所述远程灭火系统包括第一继电器和自动灭火包，所述主控制器控制所述第一继电器接通所述自动灭火包的启动电源，从而自动引燃热感应线，热感应线启动所述自动灭火包内的固气转换装置，实时固气转换装置产生高压气体来喷出干粉进行灭火。
进一步地，还包括人迹跟踪系统；
所述人迹跟踪系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于根据所述图像采集处理系统提供的现场图像对移动物体的运行轨迹进行实时跟踪。
进一步地，还包括声光提示报警系统；
所述声光提示报警系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于当所述自主导航系统、温度湿度感应检测系统、烟雾感应检测系统、无线自主充电系统和远程灭火系统中的任意一个发生异常时，将异常指令发送至所述主控制器，所述异常指令经处理后以本地声光的形式进行报警。
进一步地，还包括灯控照明系统；
所述灯控照明系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于在巡检作业时自动开启照明灯；
所述灯控照明系统置于待机区，包括红外光电开关、第二继电器和通用电灯开关，所述红外光电开关控制所述第二继电器的工作电源，所述通用电灯开关与所述第二继电器的常开输出并联；
当待机区无物体时，所述红外光电开关开启所述第二继电器的工作电源，使第二继电器导通，点亮所述照明灯；
当室内智能巡检机器人进入待机区时，所述红外光电开关关闭所述第二继电器的工作电源，使第二继电器断开，从而关闭所述照明灯。
另一方面，本发明提供一种室内智能巡检系统，包括网络传输系统、远程服务控制系统和多个如上所述的室内智能巡检机器人；
各所述室内智能巡检机器人通过所述网络传输系统连接至所述远程服务控制系统；
所述远程服务控制系统包括服务器和多个客户端，各所述客户端远程控制所述室内智能巡检机器人进行巡检作业。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、室内智能巡检机器人图像采集处理结果储存集成在内部，存储、压缩后再通过网络传输给远程监控平台，在网络出现波动甚至中断时，可在网络恢复时从室内智能巡检机器人的存储器中查看视频，有效避免了因网络波动而带来的视频丢失问题。
2、实体的感应条自主导航系统，可避免非实体类自主导航系统因数据误差而产生的偏离预设路线，保证了行驶路线的准确性和安全性。
3、网络传输系统采用高速快捷、大吞吐量的5G网络，使数据传输更加快速、更加稳定，有更多的功能拓展。
4、采用无线充电技术，搭配定点工作功能，避免了顶柱式、滑槽式充电因接触故障而出现无法充电问题，使得巡检机器人的充电更加安全、有效，提升了整体的稳定性。5、数据传输网络系统实现无线、无缝、对接网络功能，比现有的轨道巡检机器人方案省去了轨道架设施工成本；比现有的有线传输方案具有更大的灵活性、方便性、经济性。
6、相比轨道巡检机器人在安装时需要破坏天花板，对环境设备构成威胁，而室内智能巡检机器人安装方式不会对周围环境造成任何干扰和破坏，符合当下环保、安全的安装方式。
7、应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明巡检机器人一个实施例的原理框图；
图2是本发明巡检系统一个实施例的原理框图；
图3是本发明巡检机器人一个实施例的结构示意图一；
图4是本发明巡检机器人一个实施例的结构示意图二；
图5是本发明巡检机器人一个实施例的结构示意图三。
图中， 16位感应检测板1； RFID射频识别读写器2；直流无刷驱动电机3；主控制器机箱4；无线充电模块5；智能红外线自主避障模块6；驱动轮7；三色光电开光8；远程网络高清云台9；远程灭火系统10；锂电池组11。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、3-5所示， 本发明的室内智能巡检机器人，包括行走机构、自主导航系统、定点作业系统、图像采集处理系统、温度湿度感应检测系统、烟雾感应检测系统、无线自主充电系统、远程灭火系统10、人迹跟踪系统、声光提示报警系统、灯控照明系统、主控制器和锂电池组11；
行走机构包括直流无刷驱动电机3和驱动轮7，通过主控制器控制直流无刷驱动电机3差速运转，使驱动轮7行进。主控制器设于主控制器机箱4内，主控制器采用的处理器芯片是基于ARM内核的STM32F407VET6。
锂电池组11用以给各个模块提供电能，是本体正常运行的保证，一般包括锂电池、电压隔离模块和电压采集模块。电压采集模块通过A/D转换，实时采集当前本体电量，并将电压值反馈至主控制器，由主控制器来监测当前电压。
自主导航系统连接至主控制器和锂电池组11，用于引导行走机构沿着预设路线正确行进；同时可配备智能红外线自主避障模块6，用来防止室内智能巡检机器人在前进过程中对左右侧障碍物的碰撞，通常在室内智能巡检机器人的前后左右安装智能红外线自主避障模块6，进行红外避障检测，一旦任意一个智能红外线自主避障模块6触发，本体就会采取急停动作，实现精准导航，使室内智能巡检机器人沿着预设路线正确行进
定点作业系统连接至主控制器，用于对预设位置进行巡检作业；
自主导航系统包括16位磁感应寻迹模块和智能红外线自主避障模块，16位磁感应寻迹模块即16位感应检测板1，通过获取行走机构与感应条的相对位置，由主控制器修正行走机构的运动方向；16位感应检测板1安装在室内智能巡检机器人前后两端，且室内智能巡检机器人的中线分别穿过两16位感应检测板1中心并垂直平分两16位感应检测板1。16位感应检测板1有16个高灵敏度霍尔感应探头和一个处理芯片，感应探头根据附近感应条产生的微弱感应场强度而产生微弱的电动势，根据霍尔效应知在其他因素不变的情况下，感应场强度越大，产出的电动势就越大。所有的信号放大后分别接入2N3904分离式半导体晶体管中，当信号强度达到晶体管导通值时，2N3904将输出一个统一量级的有效信号给CD4051单8通道数字控制模拟电子开关，等待STM32C8T6处理芯片通过逐一扫描的方式记录下带有有效信号的感应探头，并按顺序将他们编码。编码后形成的数据，通过内置UART总线以TTL电平信号发送给MAX3232，并由MAX3232将TTL电平的数据信号整合成通用的RS-232电平信号，通过RS-232数据线将探测结果编码传输给主控制器。
定点作业系统包括RFID射频识别读写器2，RFID射频识别读写器2与已编辑好程序命令的射频识别标记卡配合，将在巡检工作中需要定点作业的位置进行预先的程序标记，通过识别具有不同程序命令的射频识别标记卡来进行不同的巡检作业。工作前，STM32F407VET6主控制器通过读卡器记录若干标记卡的卡号和各个标记卡需执行的动作并存储在STM32F407VET6处理器内部的FLSH-ROM中；在工作时，将标记卡置于机器人必经的标记地点上，当RFID射频识别读写器2再次读取到这些RFID标记卡时，RFID射频识别读写器2将读取的RFID标记卡卡号通过RS232数据传输总线发送给STM32F407VET6主控制器的通用同步异步收发器 (USART)，STM32F407VET6主控制器根据该卡号，从内部的FLSH-ROM中快速对比查出该卡所应执行的动作并开始执行这些动作。完成室内智能巡检机器人的定点自主作业。
图像采集处理系统连接至主控制器和锂电池组11，用于采集巡检现场图像并处理，主控制器根据现场图像判别故障设备的型号；
图像采集处理系统包括远程网络高清云台9，远程网络高清云台9通过智能巡检摄像头全方位采集巡检现场图像，具有图像采集、人像捕捉、网络传输的功能。云台联动自身的网络摄像机或智能巡检摄像头进行现场图像采集，采集后的图像存储于图像缓存器内，图像缓存器经H.265编码后传输给远程控制终端。
温度湿度感应检测系统连接至主控制器和锂电池组11，用于采集巡检现场的温度和湿度信息。主控制器的I2C接口连接SHT30型芯片，作为温湿度采集的传感器，可随时采集周边的温度和湿度信息，进行环境监测。
烟雾感应检测系统连接至主控制器和锂电池组11，用于检测巡检现场的烟雾信号，当检测到烟雾时报警。主控制器内部集成MQ2.0烟雾报警传感器，当环境出现烟雾时，该传感器可第一时间识别烟雾信号，并报警。
无线自主充电系统连接至主控制器和锂电池组11，包括无线充电模块5，用于实时检测锂电池组11的供电电压，当供电电压低于预设值时，主控制器控制行走机构移动至充电待机点，通过电磁感应原理，在无线充电的发送端上通过变化内部的线圈电场从来产生变化的磁场，磁场在无线充电的接收端上感应出电场，达到电能传输。同时，在STM32F407VET6主控制器预先设置电量低电压值，在日常巡检过程中当锂电池组11的电压低于最低电压值时，低电压信号即会发送给STM32F407VET6主控制器，控制室内智能机器人自动回到充电待机点，通过电磁供电实现无线自主充电。
远程灭火系统10连接至主控制器和锂电池组11，用于接收远程灭火指令，并根据灭火指令进行灭火；
远程灭火系统10包括第一继电器和自动灭火包，当室内环境有明火或温度超过170度时，主控制器控制第一继电器接通自动灭火包的启动电源，从而自动引燃热感应线，热感应线启动自动灭火包内的固气转换装置，实时固气转换装置产生高压气体来喷出干粉，超细干粉从喷射口持续向外喷射，使得保护空间内形成高浓度的干粉气溶胶，从而隔绝着火点表面的氧气，达到迅速灭火。
人迹跟踪系统连接至主控制器和锂电池组11，用于根据图像采集处理系统提供的现场图像对移动物体的运行轨迹进行实时跟踪。室内智能巡检机器人上方搭载的远程网络高清云台9内置图像识别算法，在有人进入远程网络高清云台9的可视范围后，开始时只提供一帧静止的目标图像，但随着目标的不断运动，系统能持续不断地进行探测，获知人在角度、距离、景深等方面的改变，并实时识别，识别后的信号通过RS232/RS485传输到STM32F407VET6主控制器，并将指令发送出去，让室内智能巡检机器人沿着识别的人所行进的轨迹进行智能跟踪。
声光提示报警系统连接至主控制器和锂电池组11，用于当自主导航系统、温度湿度感应检测系统、烟雾感应检测系统、无线自主充电系统和远程灭火系统10中的任意一个发生异常时，将异常指令发送至主控制器，异常指令经处理后以本地声光的形式进行报警，如通过三色光电开光8进行报警，提醒应用现场的人们及时发现情况并采取相应措施。
灯控照明系统连接至主控制器和锂电池组11，用于在巡检作业时自动开启照明灯；
灯控照明系统置于待机区，包括红外光电开关、第二继电器和通用电灯开关，红外光电开关控制第二继电器的工作电源，通用电灯开关与第二继电器的常开输出并联；
当待机区无物体时，红外光电开关开启第二继电器的工作电源，使第二继电器导通，点亮照明灯；
当室内智能巡检机器人进入待机区时，红外光电开关关闭第二继电器的工作电源，使第二继电器断开，从而关闭照明灯。
如图2所示， 本发明的室内智能巡检系统，包括上述室内智能巡检机器人、网络传输系统和远程服务控制系统；
各室内智能巡检机器人通过网络传输系统连接至远程服务控制系统；
远程服务控制系统包括服务器和多个客户端，各客户端远程控制室内智能巡检机器人进行巡检作业。服务器通过接收一个客户端发来的指令并将其转发到另一个客户端上，实现队室内智能巡检机器人的远程控制操作。
网络传输采用5G无线网络交换机连接多套5G无线网络中继器实现无缝漫游通信方式，多个5G无线网络中继器都通过六类双绞线接入5G无线网络交换机，所有的5G无线网络中继器设置固定IP，其“网络参数”设置各IP管理地址为不同，以避免IP地址冲突。
本发明的上述实施例可以解决以下问题：
1、需要巡检的室内环境如机房等大多处于偏僻地区，山路崎岖，室内智能巡检机器人可取代人工进行巡检，无需工作人员到达现场，减少人员到现场的次数，节省工作时间，降低交通安全的风险。
2、室内智能巡检机器人满足自动巡视和远程控制巡视,需同时满足人工操作与自动操作。
3、室内智能巡检机器人在进行巡检工作的同时，能看到每排机柜的每个设备的运行情况（设备运行的红绿灯指示信号等），实时对室内所有设备无死角巡视，并将采集到的视频信息实时回传到终端。
4、室内智能巡检机器人对现场出现其他可疑物，会同时将其记录下来，并将视频信息传到后台。
5、室内智能巡检机器人采集到的图像信息，可长时间储存，支持调用回放，便于工作人员实时监测。
6、智能巡检摄像头需满足60公分的距离看清小五号字，以使其可以清晰的看清每个设备上的文字信息（型号、规格等），以便当设备损坏需要更换时，可以第一时间了解应更换的设备型号，节省设备维护时间。
7、室内智能巡检机器人内置烟感、温感功能，并能做到精准的监测，当现场发生异常烟雾或火灾情况时，可在第一时间观看到现场的实际情况，直接在后台报警。
8、室内智能巡检机器人自身搭载灭火装置，当现场发生火灾，工作人员无法立即到达，可远程操作室内智能巡检机器人到达火灾点，并一键启动灭火装置喷出干粉进行有效灭火并防止大范围火灾发生，使灭火工作赶在救火人员到来前进行，将损失降到最低。
9、室内智能巡检机器人可对进入室内的人员进行实时跟踪，有效防范外来人员的入侵，提高安全保障。
10、室内智能巡检机器人可联动室内现场的照明灯，减少室内耗电量，降低运营成本，进而达到节能减排的作用。
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 (10)
1.室内智能巡检机器人，其特征在于，包括行走机构、自主导航系统、定点作业系统、主控制器和锂电池组；
所述自主导航系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于引导所述行走机构沿着预设路线正确行进；
所述定点作业系统连接至所述主控制器，用于对预设位置进行巡检作业；
所述自主导航系统包括16位磁感应寻迹模块和智能红外线自主避障模块，所述16位磁感应寻迹模块通过获取所述行走机构与感应条的相对位置，由所述主控制器修正所述行走机构的运动方向；
所述定点作业系统包括RFID射频识别读写器，所述RFID射频识别读写器与已编辑好程序命令的射频识别标记卡配合，将在巡检工作中需要定点作业的位置进行预先的程序标记，通过识别具有不同程序命令的所述射频识别标记卡来进行不同的巡检作业。
2.如权利要求1所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括图像采集处理系统；
所述图像采集处理系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于采集巡检现场图像并处理，所述主控制器根据所述现场图像判别故障设备的型号；
所述图像采集处理系统包括远程网络高清云台，所述远程网络高清云台通过智能巡检摄像头全方位采集巡检现场图像。
3.如权利要求2所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括温度湿度感应检测系统；
所述温度湿度感应检测系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于采集巡检现场的温度和湿度信息，进行环境监测。
4.如权利要求3所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括烟雾感应检测系统；
所述烟雾感应检测系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于检测巡检现场的烟雾信号，当检测到烟雾时报警。
5.如权利要求4所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括无线自主充电系统；
所述无线自主充电系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于实时检测所述锂电池组的供电电压，当供电电压低于预设值时，所述主控制器控制所述行走机构移动至充电待机点，通过电波输电实现无线充电。
6.如权利要求5所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括远程灭火系统；
所述远程灭火系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于接收远程灭火指令，并根据所述灭火指令进行灭火；
所述远程灭火系统包括第一继电器和自动灭火包，所述主控制器控制所述第一继电器接通所述自动灭火包的启动电源，从而自动引燃热感应线，热感应线启动所述自动灭火包内的固气转换装置，实时固气转换装置产生高压气体来喷出干粉进行灭火。
7.如权利要求6所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括人迹跟踪系统；
所述人迹跟踪系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于根据所述图像采集处理系统提供的现场图像对移动物体的运行轨迹进行实时跟踪。
8.如权利要求7所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括声光提示报警系统；
所述声光提示报警系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于当所述自主导航系统、温度湿度感应检测系统、烟雾感应检测系统、无线自主充电系统和远程灭火系统中的任意一个发生异常时，将异常指令发送至所述主控制器，所述异常指令经处理后以本地声光的形式进行报警。
9.如权利要求8所述的室内智能巡检机器人，其特征在于，还包括灯控照明系统；
所述灯控照明系统连接至所述主控制器和锂电池组，用于在巡检作业时自动开启照明灯；
所述灯控照明系统置于待机区，包括红外光电开关、第二继电器和通用电灯开关，所述红外光电开关控制所述第二继电器的工作电源，所述通用电灯开关与所述第二继电器的常开输出并联；
当待机区无物体时，所述红外光电开关开启所述第二继电器的工作电源，使第二继电器导通，点亮所述照明灯；
当室内智能巡检机器人进入待机区时，所述红外光电开关关闭所述第二继电器的工作电源，使第二继电器断开，从而关闭所述照明灯。
10.室内智能巡检系统，其特征在于，包括网络传输系统、远程服务控制系统和多个如权利要求1-9任一项所述的室内智能巡检机器人；
各所述室内智能巡检机器人通过所述网络传输系统连接至所述远程服务控制系统；
所述远程服务控制系统包括服务器和多个客户端，各所述客户端远程控制所述室内智能巡检机器人进行巡检作业。
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