CN109200510A - 一种消防辅助机器人 - Google Patents

Abstract

本发明适用于公共安全技术领域，提供了一种消防辅助机器人，包括机器人控制系统、动力系统和消防系统；机器人控制系统包括主控模块、传感器模块、第一图像获取模块、第二图像获取模块和网络处理模块；其中，主控模块分别与传感器模块、第一图像获取模块和网络处理模块连接，网络处理模块还与第二图像获取模块连接。通过本发明能够明显提高消防救援工作的效率，同时保障消防人员的安全。

Description

一种消防辅助机器人

技术领域

本发明涉及公共安全技术领域，尤其涉及一种消防辅助机器人。

背景技术

目前在火灾的前期预防中已有了大量的自动化装置，例如自动喷水灭火系统、烟雾报警器等。但当火灾发生时，仍需要消防人员前往现场进行灭火工作，为提高灭火救援效率，消防人员会携带一些辅助装置，例如消防梯、寻人用热成像仪、灭火器等。

可见，现有的消防辅助装置通常需要消防人员在现场携带使用，且往往不具有自动化和智能化的特点，而一个消防人员所能携带的消防辅助装置难以满足消防救援的需求，使得消防救援工作的效率低、风险高。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种消防辅助机器人，以解决现有的消防辅助装置自动化、智能化程度低，使得消防救援工作的效率低、风险高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种消防辅助机器人，包括消防辅助机器人、置于所述消防辅助机器人中的机器人控制系统、动力系统和消防系统；

所述机器人控制系统包括主控模块、传感器模块、第一图像获取模块、第二图像获取模块和网络处理模块；

所述主控模块分别与所述传感器模块、第一图像获取模块和网络处理模块连接，所述网络处理模块还与所述第二图像获取模块连接；

所述传感器模块采集传感器数据、及所述第一图像获取模块采集第一图像数据后，通过所述主控模块，将所述传感器数据和所述第一图像数据传输至所述网络处理模块；

所述第二图像获取模块采集第二图像数据，并传输至所述网络处理模块；

所述网络处理模块根据所述传感器数据、所述第一图像数据和所述第二图像数据，向所述主控模块发送指令，令所述主控模块控制所述动力系统和消防系统，以使所述消防辅助机器人执行消防任务。

可选地，所述传感器模块包括光谱仪、烟雾浓度检测传感器和温度传感器；

所述光谱仪、烟雾浓度检测传感器和温度传感器分别与所述主控模块的模数转换接口连接；

所述光谱仪分析燃烧物的组成；

所述烟雾浓度检测传感器检测气体浓度；

所述温度传感器检测环境温度和所述机器人的温度。

可选地，所述第一图像获取模块包括第一摄像单元；

所述第一摄像单元与所述主控模块的第一串口连接；

所述第一摄像单元获取火焰图像信息；

所述主控模块根据所述火焰图像信息进行火焰分析。

可选地，所述第一摄像单元包括机器视觉模块openmv或红外热成像仪。

可选地，所述第二图像获取模块包括第二摄像单元；

所述第二摄像单元与所述网络处理模块的USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口连接；

所述第二摄像单元获取环境图像信息。

可选地，所述网络处理模块包括Wi-Fi单元、服务器和终端设备；

所述Wi-Fi单元的USB接口作为所述网络处理模块的USB接口，与所述第二图像获取模块连接；

所述Wi-Fi单元的第二串口与所述主控模块的第二串口连接；

所述Wi-Fi单元和所述终端设备与所述服务器网络连接。

可选地，所述终端设备包括遥控器。

可选地，所述机器人控制系统还包括气体收集模块、气体分析模块和音频模块；

所述气体收集模块与所述气体分析模块连接，

所述气体分析模块和所述音频模块与所述网络处理模块连接，并发送气体组成和声音信息。

可选地，所述动力系统包括电机、驱动模块和位置传感器；

所述位置传感器与所述网络处理模块连接，并发送位置信息。

可选地，所述消防辅助机器人包括车底结构和机器人结构；

所述车底结构包括碳纤维底盘和麦克纳姆轮；

所述机器人结构包括隔热材料，覆盖在所述机器人控制系统、动力系统和消防系统上。

本发明实施例提出一种消防辅助机器人，机器人控制系统、动力系统和消防系统设置于消防辅助机器人中，通过机器人控制系统中的传感器模块、第一图像获取模块、第二图像获取模块能够实时获取火灾现场的各项数据，并发送至网络处理模块，以使消防人员远程接收上述数据，并通过网络处理模块远程发送指令，然后通过主控模块控制所述动力系统和消防系统，以使所述消防辅助机器人执行消防任务；一个消防人员能够远程地控制多个上述的消防辅助机器人，在起火范围较大时，能够明显提高消防救援工作的效率，同时保障消防人员的安全。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的消防辅助机器人的结构示意图；

图2为图1中机器人控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的机器人控制系统的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的机器人控制系统的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。

在后续的描述中，发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种消防辅助机器人100，用以实现消防辅助机器人自动化、智能化和远程控制，提高消防救援工作的效率，降低救援风险。消防辅助机器人100包括机器人控制系统10、动力系统20和消防系统30。

在本发明实施例中，机器人控制系统10包括但不限于主控模块11、传感器模块12、第一图像获取模块13、第二图像获取模块14和网络处理模块15。

如图2所示，在本发明实施例中，上述机器人控制系统10中各模块连接关系如下：

主控模块11分别与传感器模块12、第一图像获取模块13和网络处理模块15连接，网络处理模块15还与第二图像获取模块14连接。

在本发明实施例中，传感器模块12，用于采集传感器数据，其中，传感器模块可以包括多种传感器，并受控制模块的控制，其能够采集消防辅助机器人所在环境的各项数据，例如温度、二氧化碳浓度、烟雾浓度等，用以反应当前区域的火灾情况。

在具体应用中，若当前区域火灾情况较为严重，则该区域为危险区域，通过主控模块和网络处理模块可以及时反应给消防救援人员，使其及时给出救援方案或做好全面的救援准备。

在具体应用中，传感器模块可以包括任意的用于采集当前环境数据的传感器，在本发明实施例中不对其作具体限定，例如温度传感器、烟雾浓度传感器、红外传感器、光谱仪、红外光束感烟探测器等。

在本发明实施例中，第一图像获取模块13，用于采集第一图像数据。在本发明实施例中，第二图像获取模块14，用于采集第二图像数据，并传输至网络处理模块。

在具体应用中，第一图像获取模块和第二图像获取模块用于获取不同的图像数据，从而获得不同的反映火灾情况的信息，从而提高消防救援的效率；其中，不同的图像数据包括基于不同图像的两个相同类型的图像数据，或者基于同一图像的不同类型的图像数据。

例如，若第一图像数据和第二图像数据为基于不同图像的两个相同类型的图像数据时，其可以表现为：

通过第一图像获取模块获得消防救援装置右方的图像时，第二图像获取模块获得消防救援装置左方的图像，获取多方位的图像后对其加以识别，从而规划消防救援装置的行进路线，避免单方位的图像造成消防救援装置救援路线不合理，有所遗漏的问题。

在本发明实施例中，主控模块11，用于转换传感器数据和第一图像数据，并传输至网络处理模块。

在具体应用中，传感器模块所提供的传感器数据通常为电信号，需要进行模数转换，统一转换为数字信号后进行传输，而主控模块提供此模数转换功能，因此需要通过主控模块再传输至网络处理模块。

在具体应用中，第一图像获取模块和第二图像获取模块中，可以选择将其中一个图像获取模块作为常开的图像获取模块，此时另外一个图像获取模块可以通过主控模块控制其工作状态，节约消防辅助机器人的电量。

在本发明实施例中，网络处理模块15，用于根据传感器数据、第一图像数据和第二图像数据，向主控模块发送指令，令主控模块控制动力系统和消防系统，以使消防辅助机器人执行消防任务。

在具体应用中，网络处理模块中可以根据传感器数据、第一图像数据和第二图像数据分析消防辅助机器人周围的火灾情况，并给出救火方案，向主控模块发送指令，从而操作消防辅助机器人上的动力系统使其运动到指定位置，同时控制消防辅助机器人上的消防系统，使其执行消防任务，进行灭火。

在具体应用中，根据传感器数据、第一图像数据和第二图像数据分析消防辅助机器人周围的火灾情况，并给出救火方案，设定指令内容的一方可以是服务器，也可以是终端设备，在本发明实施例中不对其作具体限定。

在本发明实施例中，动力系统20可以包括电机、驱动模块和位置传感器；其中，位置传感器与网络处理模块连接，并发送位置信息。

在具体应用中，动力系统中各部件的选择，应从车模型结构以及控制精度需求出发，首先，由于电机要求扭矩大，速度快，精度较高，在本发明实施例中可以选择使用M3508减速电机，其配置拥有FOC(Field-oriented Control，磁场导向控制)控制技术的C620电调。而内置位置传感器可精确反馈电机转子位置，使消防辅助机器人保持在极高的控制精度下。

在一个实施例中，消防辅助机器人10包括车底结构和机器人结构；其中，车底结构包括碳纤维底盘和麦克纳姆轮；机器人结构包括隔热材料，覆盖在机器人控制系统、动力系统和消防系统上。

在具体应用中，消防辅助机器人的主体设置为车型机器人，便于在火灾现场实施范围性的工作，底部结构主要包括底盘和车轮，其中，底盘使用碳纤维板可以增加强度，采用麦克纳姆轮能够实现快速的自转定位；同时，使用隔热材料对机器人控制系统、动力系统和消防系统进行保护，确保消防辅助机器人可以安全进出火场，并上传有用、关键的信息。

在一个实施例中，消防系统30以包括任意的灭火装置，例如储气瓶式灭火器等。通过此消防系统可以扑灭小火，阻止火焰蔓延趋势或防止复燃。

在具体应用中，筒体的灭火剂与驱动气体分别存放的，灭火时，储气的瓶放出压力气体，冲入灭火剂存放处，带出灭火剂。灭火剂中添加有干粉，干粉是一种干燥的、易于流动的微细固体粉末，其包括灭火的基料和防潮剂、流动促进剂、结块防止剂等添加剂组成。

本发明实施例提供的消防辅助机器人，包括机器人控制系统、动力系统和消防系统，通过机器人控制系统中的传感器模块、第一图像获取模块、第二图像获取模块能够实时获取火灾现场的各项数据，并发送至网络处理模块，以使消防人员远程接收上述数据，并通过网络处理模块远程发送指令，然后通过主控模块控制所述动力系统和消防系统，以使消防辅助机器人执行消防任务；一个消防人员能够远程地控制多个上述的消防辅助机器人，在起火范围较大时，能够明显提高消防救援工作的效率，同时保障消防人员的安全。

实施例二

本发明实施例基于实施例一中的消防辅助机器人，示例性的提出了消防辅助机器人中机器人控制系统的各模块的结构组成。

如图3所示，本发明实施例提出的消防辅助机器人100，其机器人控制系统10中，传感器模块12包括光谱仪121、烟雾浓度检测传感器122和温度传感器123。

其中，光谱仪121、烟雾浓度检测传感器122和温度传感器123分别与主控模块11的模数转换接口连接。

在本发明实施例中，光谱仪121，用于分析燃烧物的组成。

在本发明实施例中，烟雾浓度检测传感器122，用于检测烟雾浓度。

在本发明实施例中，温度传感器123，用于检测环境温度和机器人的温度。

在具体应用中，通过传感器模块中的光谱仪、烟雾浓度检测传感器和温度传感器，可以实时回传温度、烟雾浓度及燃烧物成分等信息，辅助判断火灾趋势以及火源位置，保障消防人员安全地展开消防救援工作。

如图3所示，机器人控制系统10中，第一图像获取模块13包括包括第一摄像单元131。

其中，第一摄像单元与主控模块的第一串口连接；

在本发明实施例中，第一摄像单元，用于获取火焰图像信息；主控模块根据火焰图像信息进行火焰分析。

在一个实施例中，第一摄像单元包括机器视觉模块openmv或红外热成像仪。

在具体应用中，使用机器视觉模块openmv或红外热成像仪，采集消防辅助机器人的前方视场图像，对其进行降低曝光值、检测发光区域、关闭白平衡等处理，从而消除环境光的干扰；还可以进行增强对比度、增强饱和度、降低亮度等处理，从而提高图像质量、使红光突出，最后利用色域最宽颜色最丰富的LAB颜色模型对红光进行识别，确定消防辅助机器人的前方是否有火焰。其中，使用红外热成像仪识别火焰较为方便和准确。

如图3所示，机器人控制系统10中，第二图像获取模块14包括包括第二摄像单元141。

其中，第二摄像单元141与网络处理模块15的USB接口连接；

在本发明实施例中，第二摄像单元141，用于获取环境图像信息。

在具体应用中，通过第一图像获取模块和第二图像获取模块对消防辅助机器人周围的画面进行回传和识别，结合传感器模块中的传感数据，能够极大地减少寻找火源的时间，提高消防救援工作的效率。

如图3所示，机器人控制系统10中，网络处理模块15包括Wi-Fi单元151、服务器152和终端设备153。

其中，Wi-Fi单元251的USB接口作为网络处理模块15的USB接口，与第二图像获取模块14连接；Wi-Fi单元151的第二串口与主控模块11的第二串口连接；Wi-Fi单元151和终端设备153与服务器152网络连接。

在本发明实施例中，Wi-Fi单元151，用于将消防辅助机器人中所采集的数据发送至服务器。

在具体应用中，Wi-Fi模块的实现，可以采用小R科技Openwrt7620路由XRbot-Link5，该模块采用MTK7620N主芯片是一个高度集成的无线局域网解决方案。该模块符合国际标准的802.11b/g/n协议，采用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)、BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keyin，正交相移键控)，CCK(Complementary Code Keying，补码键控)和QAM(QuadratureAmplitude Modulation，正交振幅调制)基带调制技术，能自适应路由器等设备的无限热点。最大连接速率可达300Mbps。

在本发明实施例中，服务器152，用于连接终端设备，将消防辅助机器人中的数据传输给终端设备，同时向Wi-Fi模块发送终端设备中的指令；此外，服务器还可以用于存储程序算法，自动向Wi-Fi模块发送指令，控制消防辅助机器人的进行工作。例如当温度传感器的数据超过设定的值时，服务器自动向Wi-Fi模块发送指令，通过主控模块控制消防系统进行灭火工作。

在本发明实施例中，终端设备153，用于向消防人员提供消防辅助机器人中的数据，消防人员还通过终端设备向Wi-Fi单元发送指令。

在具体应用中，通过网络处理模块中的Wi-Fi单元、服务器和终端设备，实现消防辅助机器人的远程控制，。

在一个实施例中，终端设备包括遥控器，通过遥控器直接控制向主控模块发送指令。

在具体应用中，遥控器采用富斯i6s遥控器，采用2A代自动调频数字系统，其拥有10个通道，测试距离达1000m。

本发明实施例提供的消防辅助机器人，其机器人控制系统中集成了多种传感器获取传感器数据，同时结合作用不同的第一图像获取模块和第二图像获取模块，极大地减少寻找火源的时间，提高消防救援工作的效率。

实施例三

结合实施例一和实施例二所提供的消防辅助机器人，本发明实施例提供了一种消防辅助机器人200，包括如实施例一和实施例二中的机器人控制系统10、动力系统20和消防系统30。

其中，机器人控制系统10包括主控模块11、传感器模块12、第一图像获取模块13、第二图像获取模块14和网络处理模块15，还可以包括但不限于气体收集模块16、气体分析模块17和音频模块18，以完善消防辅助机器人的功能。

在本发明实施例中，机器人控制系统10中的主控模块11、传感器模块12、第一图像获取模块13、第二图像获取模块14和网络处理模块15、动力系统20、消防系统30的功能和结构与在上述实施例一和实施例二中的功能和结构相同，不再赘述。

在本发明实施例中，气体收集模块与气体分析模块连接，所述气体分析模块和所述音频模块与所述网络处理模块连接，并发送气体组成和声音信息。

在具体应用中，气体收集模块收集火灾内的气体，在消防辅助机器人从火场返回后，可以通过气体分析模块对火场燃烧物进行检测。

在具体应用中，音频模块可以包括但不限于麦克风和扬声器，其用于传回火灾现场的声音看是否有人呼救。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种消防辅助机器人，其特征在于，包括机器人控制系统、动力系统和消防系统；

所述机器人控制系统包括主控模块、传感器模块、第一图像获取模块、第二图像获取模块和网络处理模块；

所述主控模块分别与所述传感器模块、第一图像获取模块和网络处理模块连接，所述网络处理模块还与所述第二图像获取模块连接；

所述传感器模块采集传感器数据、及所述第一图像获取模块采集第一图像数据后，通过所述主控模块，将所述传感器数据和所述第一图像数据传输至所述网络处理模块；

所述第二图像获取模块采集第二图像数据，并传输至所述网络处理模块；

所述网络处理模块根据所述传感器数据、所述第一图像数据和所述第二图像数据，向所述主控模块发送指令，令所述主控模块控制所述动力系统和消防系统，以使所述消防辅助机器人执行消防任务。

2.如权利要求1所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述传感器模块包括光谱仪、烟雾浓度检测传感器和温度传感器；

所述光谱仪、烟雾浓度检测传感器和温度传感器分别与所述主控模块的模数转换接口连接；

所述光谱仪分析燃烧物的组成；

所述烟雾浓度检测传感器检测气体浓度；

所述温度传感器检测环境温度和所述机器人的温度。

3.如权利要求1所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述第一图像获取模块包括第一摄像单元；

所述第一摄像单元与所述主控模块的第一串口连接；

所述第一摄像单元获取火焰图像信息；

所述主控模块根据所述火焰图像信息进行火焰分析。

4.如权利要求3所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述第一摄像单元包括机器视觉模块openmv或红外热成像仪。

5.如权利要求1所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述第二图像获取模块包括第二摄像单元；

所述第二摄像单元与所述网络处理模块的USB接口连接；

所述第二摄像单元获取环境图像信息。

6.如权利要求1所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述网络处理模块包括Wi-Fi单元、服务器和终端设备；

所述Wi-Fi单元的USB接口作为所述网络处理模块的USB接口，与所述第二图像获取模块连接；

所述Wi-Fi单元的第二串口与所述主控模块的第二串口连接；

所述Wi-Fi单元和所述终端设备与所述服务器网络连接。

7.如权利要求6所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述终端设备包括遥控器。

8.如权利要求1所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述机器人控制系统还包括气体收集模块、气体分析模块和音频模块；

所述气体收集模块与所述气体分析模块连接，

所述气体分析模块和所述音频模块与所述网络处理模块连接，并发送气体组成和声音信息。

9.如权利要求1所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述动力系统包括电机、驱动模块和位置传感器；

所述位置传感器与所述网络处理模块连接，并发送位置信息。

10.如权利要求1所述的消防辅助机器人，其特征在于，所述消防辅助机器人包括车底结构和机器人结构；

所述车底结构包括碳纤维底盘和麦克纳姆轮；

所述机器人结构包括隔热材料，覆盖在所述机器人控制系统、动力系统和消防系统上。