CN109621261B - 一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法及解除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法及解除方法，包括：采集消防栓门打开时消防栓内的图像；对所述图像进行分析和处理，得到处理后的图像；根据所述处理后的图像使用特征点匹配方法确定消防栓内的水管接头位置；将硬质水管移动到所述水管接头位置，插入消防栓内的水管接口；将消防栓水管接头舵机转动90°。采用本发明提供的两种方法能够及时的解决灭火机器人自带水管与消防栓对接和接触的问题。

Description

一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法及解除方法

技术领域

本发明涉及消防灭火领域，特别是涉及一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法及解除方法。

背景技术

在灭火机器人的灭火过程中，水管连接及打开阀门是获取水源的关键性的步骤。虽然现已存在一些关于阀门打开的方法，但这些方法仅适用于在近距离开阀门，即在阀门旁打开。由于灭火机器人并不是在水管与消防栓对接好后，在消防栓附近马上打开阀门，而是需要待走到火源附近，即离开消防栓阀门一段距离后，才能打开阀门。此外，灭火完成后，应该及时地远距离关闭阀门，停止取水。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法及解除方法，能够及时的解决灭火机器人自带水管与消防栓对接和接触的问题，同时能够解决灭火机器人打开和关闭消防栓阀门的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法，包括：

采集消防栓门打开时消防栓内的图像；

对所述图像进行分析和处理，得到处理后的图像；

根据所述处理后的图像使用特征点匹配方法确定消防栓内的水管接头位置；

将硬质水管移动到所述水管接头位置，插入消防栓内的水管接口；

将消防栓水管接头舵机转动90°。

可选的，在所述将消防栓水管接头舵机转动90°之后，还包括：

将与消防栓硬质水管连接的消防栓阀门控制器安装到消防栓阀门上。

可选的，所述采集消防栓门打开时消防栓内的图像，具体包括：

通过视频采集模块实时采集消防栓门打开时消防栓内的图像。

可选的，所述根据所述处理后的图像使用特征点匹配方法确定消防栓内的水管接头位置，具体包括：

根据所述处理后的图像使用特征点匹配方法确定消防栓内的水管接头三维世界位置坐标。

可选的，所述将消防栓水管接头舵机转动90°，具体包括：

根据两水管接头位置坐标一致性原则，将消防栓水管接头舵机转动90°。

一种基于灭火机器人的消防水管接口的解除方法，包括:

打开消防栓阀门旋转扇叶中心点的直流无刷电机；

获取所述直流无刷电机的供电端口的电流变化；

根据所述直流无刷电机的供电端口的电流变化关闭直流无刷电机；

打开消防栓水管接头舵机，将所述消防栓水管接头舵机进行逆时针旋转；

获取所述消防栓水管接头舵机的电流变化；

根据所述消防栓水管接头舵机的电流变化关闭消防栓水管接头舵机；

打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入PWM信号；

根据所述PWM信号将水管接口进行解除。

可选的，所述根据所述直流无刷电机的供电端口的电流变化关闭直流无刷电机，具体包括：

判断所述直流无刷电机的供电端口的电流变化是否大于或等于第一电流阈值；

若是，则关闭直流无刷电机；

若否，则返回至获取所述直流无刷电机的供电端口的电流变化。

可选的，所述根据所述消防栓水管接头舵机的电流变化关闭消防栓水管接头舵机，具体包括：

判断所述消防栓水管接头舵机的电流变化是否大于或等于第二电流阈值；

若是，则关闭消防栓水管接头舵机；

若否，则返回至获取所述消防栓水管接头舵机的电流变化。

可选的，所述打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入PWM信号，具体包括：

打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入频率为50HZ，高电平的脉宽为1ms的PWM信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法及解除方法，能够及时的解决灭火机器人自带水管与消防栓对接和接触的问题，同时能够解决灭火机器人打开和关闭消防栓阀门的问题，为灭火机器人取水提供了一种有效的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于灭火机器人的智能化对接水管的方法流程图；

图2为本发明基于灭火机器人的水管接口的解除方法流程图；

图3为本发明灭火机器人的立体结构示意图；

图4为本发明灭火机器人的正视图；

图5为本发明灭火机器人的俯视图；

图6为本发明灭火机器人的控制箱示意图；

图7为本发明灭火机器人的机械臂示意图；

图8为本发明灭火机器人的水管接头示意图；

图9为本发明灭火机器人的电磁阀门剖面图；

图10为本发明灭火机器人的电磁阀门示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法及解除方法，能够及时的解决灭火机器人自带水管与消防栓对接和接触的问题，同时能够解决灭火机器人打开和关闭消防栓阀门的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明基于灭火机器人的智能化对接水管的方法流程图。如图1所示，一种基于灭火机器人的智能化对接水管的方法，包括：

步骤101：采集消防栓门打开时消防栓内的图像；

步骤102：对所述图像进行分析和处理，得到处理后的图像；

步骤103：根据所述处理后的图像使用特征点匹配方法确定消防栓内的水管接头位置；

步骤104：将硬质水管移动到所述水管接头位置，插入消防栓内的水管接口；

步骤105：将消防栓水管接头舵机转动90°。

上述方法，在步骤105之后还包括：

将与消防栓硬质水管连接的消防栓阀门控制器安装到消防栓阀门上。

步骤101具体包括：

通过视频采集模块实时采集消防栓门打开时消防栓内的图像。

步骤103具体包括：

根据所述处理后的图像使用特征点匹配方法确定消防栓内的水管接头三维世界位置坐标。

步骤105具体包括：

根据两水管接头位置坐标一致性原则，将消防栓水管接头舵机转动90°。

图2为本发明基于灭火机器人的水管接口的解除方法流程图。如图2所示，一种基于灭火机器人的水管接口的解除方法，包括:

步骤201：打开消防栓阀门旋转扇叶中心点的直流无刷电机；

步骤202：获取所述直流无刷电机的供电端口的电流变化；

步骤203：根据所述直流无刷电机的供电端口的电流变化关闭直流无刷电机；

步骤204：打开消防栓水管接头舵机，将所述消防栓水管接头舵机进行逆时针旋转；

步骤205：获取所述消防栓水管接头舵机的电流变化；

步骤206：根据所述消防栓水管接头舵机的电流变化关闭消防栓水管接头舵机；

步骤207：打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入PWM信号；

步骤208：根据所述PWM信号将水管接口进行解除。

步骤203具体包括：

判断所述直流无刷电机的供电端口的电流变化是否大于或等于第一电流阈值；

若是，则关闭直流无刷电机；

若否，则返回至获取所述直流无刷电机的供电端口的电流变化。

步骤206具体包括：

判断所述消防栓水管接头舵机的电流变化是否大于或等于第二电流阈值；

若是，则关闭消防栓水管接头舵机；

若否，则返回至获取所述消防栓水管接头舵机的电流变化。

步骤207具体包括：

打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入频率为50HZ，高电平的脉宽为1ms的PWM信号。

图3为本发明灭火机器人的立体结构示意图；图4为本发明灭火机器人的正视图；图5为本发明灭火机器人的俯视图；图6为本发明灭火机器人的控制箱示意图；图7为本发明灭火机器人的机械臂示意图；图8为本发明灭火机器人的水管接头示意图；图9为本发明灭火机器人的电磁阀门剖面图；图10为本发明灭火机器人的电磁阀门示意图。参见图3-图10，本发明中的基于灭火机器人的智能化对接水管的方法和基于灭火机器人的水管接口的解除方法应用到一种灭火机器人，所述灭火机器人包括车体2以及设置在车体2上的视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统、供电系统；所述供电系统与视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统分别连接接并为其提供电源，所述视频采集系统通过控制系统与机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统连接接，所述控制系统与车体2连接接实现灭火机器人的行走，所述车体2包括主动轮1b和设置在主动轮1b上的履带1a；所述视频采集系统包括双目摄像头水平方向旋转舵机10a和双目摄像头机箱10b，以及双目摄像头竖直方向旋转舵机10c；所述机械臂系统包括镜像结构的左机械臂5和右机械臂6；所述左机械臂5包括左机械臂底座5f，左机械臂大臂5g，左机械臂小臂5h，左机械臂爪头5i和置于以上部件内部的左大臂水平方向旋转舵机5a，左大臂竖直方向旋转舵机5b，左小臂竖直方向旋转舵机5c，左小臂中心轴方向旋转舵机5d，左机械臂爪头收张舵机5e；所述右机械臂包括右机械臂底座6f，右机械臂大臂6g，右机械臂小臂6h，右机械臂爪头6i和置于以上部件内部的右大臂水平方向旋转舵机6a，右大臂竖直方向旋转舵机6b，右小臂竖直方向旋转舵机6c，右小臂中心轴方向旋转舵机6d，右机械臂爪头收张舵机6e；所述灭火水炮系统包括水炮电机9a，水平方向旋转连接管9b,竖直方向旋转喷水口9c；水管箱系统包括水管收束舵机8a,中空液体流动腔8b，T型水管头8c，软质水管连接口8d；控制系统为控制箱4，所述控制箱4包括电源稳压模块4a，机械爪臂控制模块4b，ZIGBEE信号收发模块4c，数字信号处理模块4d，嵌入式控制器4e，消防栓连接器控制模块4f，水管收束控制模块4g，移动平台控制模块4h，水炮控制模块4i；所述电源稳压模块4a与电池组3连接并为其输入电源，还与机械爪臂控制模块4b，ZIGBEE信号收发模块4c，数字信号处理模块4d，嵌入式控制器4e，消防栓连接器控制模块4f，水管收束控制模块4g，移动平台控制模块4h，水炮控制模块4i连接并为其提供各自对应的工作电源，所述机械爪臂控制模块4b与左机械臂5以及右机械臂6的各舵机连接并为其提供电源，所述ZIGBEE信号收发模块4c与数字信号处理模块4d连接，可将传入数字信号处理模块4d的图像远程传送至移动设备上，用于观测火场火势情况，所述数字信号处理模块4d与双目摄像头10连接接，用于控制双目摄像头水平方向旋转舵机10a和双目摄像头竖直方向旋转舵机10c的转动，以及接收，处理与分析双目摄像头机箱10b传入的实时图像，再将分析所得信息传入嵌入式控制器4e，所述嵌入式控制器4e与各模块连接接，用于协调机器人的动作，完成灭火工作，所述消防栓连接器控制模块4f与嵌入式控制器4e连接，主要用于机器人自带水管与消防栓的连接，以及控制消防栓阀门的开闭，所述水管收束控制模块4g与嵌入式控制器4e连接，用于控制中心水管转接头8的旋转，从而控制机器人自带水带的收张，所述移动平台控制模块4h与嵌入式控制器4e连接，用于控制主动轮1b以及履带1a的转动，从而控制机器人的车体2运动，所述水炮控制模块4i与嵌入式控制器4e连接，用于控制水炮电机9a的转动，以及水平方向旋转连接管9b和竖直方向旋转喷水口9c的运动，从而控制水炮的开关以及喷射方向。

所述左机械臂5的左机械臂底座5f与左机械臂大臂5g连接，左机械臂底座5f与左机械臂小臂5h连接，左机械臂小臂5h与左机械臂爪头5j连接，左大臂水平方向旋转舵机5a置于左机械臂底座5f内部，可使左机械臂底座5f与左机械臂底座5f水平方向之间旋转，左大臂竖直方向旋转舵机5b置于左机械臂大臂5g内部，可使左机械臂大臂5g与左机械臂底座5f竖直方向之间旋转，左小臂竖直方向旋转舵机5c置于左机械臂小臂5h内部，可使左机械臂大臂5g与左机械臂小臂5h竖直方向之间旋转，左小臂中心轴方向旋转舵机5d可使左机械臂爪头5j和左机械臂小臂5h绕中心轴方向旋转，左机械臂爪头收张舵机5e置于左机械臂小臂5h内部，可使左机械臂爪头5j收张。其右机械臂6为类似的镜像结构，故不再阐述。

所述消防栓水管箱7i内放置了消防栓软质水管7h和中心水管接头8。消防栓阀门控制器7a内置有消防栓阀门旋转扇叶7b和消防栓轮辐施力柱7c，消防栓阀门旋转扇叶7b和消防栓轮辐施力柱7c可绕中心轴旋转。消防栓阀门控制器7a与消防栓阀门舵机7d连接，消防栓阀门舵机7d可使消防栓阀门控制器7a竖直方向上运动。消防栓水管接头7e与消防栓水管接头舵机7f连接，消防栓水管接头舵机7f可使消防栓水管接头7e绕水管圆柱截面中心轴旋转。

所述中心水管转接头8初始时被消防栓软质水管7h所缠绕，水管收束舵机8a可使T型水管头8c旋转，从而使消防栓软质水管7h缠绕或释放。消防栓软质水管7h释放后，由消防栓中流出的水通过消防栓软质水管7h和软质水管连接口8d，可在中空液体流动腔流动8b，从T型管的水管收束舵机8a相对的一头流出，流入水炮9中。所述供电系统采用电池组，所述电池组为锂电池组，所述锂电池组由十六块锂电池级联和并联而成；所述锂电池组通过电源线与电源稳压模块4a连接并为其提供电源。

具体实施例1：

①当灭火机器人到达消防栓的正前方并且消防栓门打开时，视频采集模块实时采集消防栓内的图像，将采集到的图像信息发送至数字信号处理器4d进行分析和处理；

②数字信号处理器4d获取消防栓内的图片信息并使用特征点匹配算法找到消防栓内的水管接头三维世界位置坐标，数字信号处理器4d将水管接头的位置坐标发送至嵌入式控制器4e；

③嵌入式控制器4e接收到水管接头的位置坐标后，根据已知的消防栓硬质水管7g在机器人身上的三维世界位置坐标，嵌入式控制器4e通过机械爪臂控制模块4b控制右机械臂6移动到机器人消防栓硬质水管(7g)处，使张开的右机械臂爪头6i抓到硬质水管；

④嵌入式控制器4e通过机械爪臂控制模块4b控制右机械臂爪头收张舵机6e控制右机械臂爪头6i抓紧消防栓硬质水管；

⑤根据消防栓内的水管接头位置坐标，嵌入式控制器4e通过机械爪臂控制模块4b控制右机械臂6抓着硬质水管7g移动到消防栓内的水管接头处，并将硬质水管7g插入消防栓内的水管接口；

⑥数字信号处理器4d找到两水管接头的位置坐标，发送给嵌入式控制器，根据两坐标一致这一信息，嵌入式控制器4e动作，通过消防栓连接器控制模块4f控制消防栓水管接头舵机7f转动90°，完成与消防栓水管接口的对接工作，并控制右机械臂6回归到初始位置；

⑦嵌入式控制器4e控制右机械臂6将与消防栓硬质水管7g连接的消防栓阀门控制器(7a)盖到消防栓阀门上；

⑧当消防栓阀门控制器7a收到嵌入式控制器4e发出的“打开阀门指令”，消防栓阀门控制器7a将消防栓阀门旋转扇叶7b中心点的直流无刷电机的供电端口置为TRUE状态，直流无刷电机开始工作，直流无刷电机带动消防栓阀门旋转扇叶7b进行顺时针旋转；

⑨消防栓阀门旋转扇叶7b旋转带动与消防栓水流旋转开关紧扣的消防栓轮辐施力柱7c进行旋转，从而进行消防栓旋转开关的打开操作；

⑩消防栓阀门控制器7a实时监测消防栓阀门旋转扇叶7b中心点的直流无刷电机的供电端口的电流，当电流发生急剧变化大于等于当前电流的200％时，消防栓水流旋转开关的打开操作已经到位，即消防水管的供水开关已打开。消防栓阀门控制器7a将消防栓阀门旋转扇叶7b中心点的直流无刷电机的供电端口置为FALSE状态，直流无刷电机停止工作。

具体实施例2：

①消防栓阀门控制器7a将消防栓阀门旋转扇叶7b中心点的直流无刷电机的供电端口置为TRUE状态，直流无刷电机开始工作。

②直流无刷电机带动消防栓阀门旋转扇叶7b进行逆时针旋转。

③消防栓阀门旋转扇叶7b旋转带动与消防栓水流旋转开关紧扣的消防栓轮辐施力柱7c进行旋转，从而进行消防栓旋转开关的关闭操作。

④消防栓阀门控制器7a实时监测消防栓阀门旋转扇叶7b中心点的直流无刷电机的供电端口的电流，当电流发生急剧变化大于等于当前电流的200％时，消防栓水流旋转开关的关闭操作已经到位，即消防水管的供水开关已关闭。消防栓阀门控制器7a将消防栓阀门旋转扇叶7b中心点的直流无刷电机的供电端口置为FALSE状态，直流无刷电机停止工作。

⑤嵌入式控制器4e发出“排空余水”的指令，控制水炮电机9a继续工作直至软质水管的剩余水无法继续排出或软质水管内达到接近真空状态。

⑥数字信号处理器4d获取消防栓周围的图片信息并使用Fast-rcnn算法计算消防栓三维世界位置坐标，数字信号处理器4d将消防栓三维世界位置坐标发送至嵌入式控制器4e；

⑦嵌入式控制器4e根据消防栓三维世界位置坐标，控制车体2移动至消防栓正前方；

⑧消防栓阀门控制器7a将消防栓水管接头舵机7f供电端口置为TRUE状态，消防栓水管接头舵机7f开始工作。

⑨消防栓水管接头舵机7f控制水管接口进行逆时针旋转。

⑩消防栓阀门控制器7a实时监测消防栓水管接头舵机7f供电端口的电流，当电流发生急剧变化大于等于当前电流的200％时，即消防水管接口与消防栓接口的拧松操作已经到位，消防栓阀门控制器7a将消防栓水管接头舵机7f的供电端口置为FALSE状态，消防栓水管接头舵机7f停止工作。

数字信号处理器4d获取消防栓内的图片信息并使用SVM向量机算法找到与消防栓内的水管接头相接的消防栓硬质水管7g的三维世界位置坐标，数字信号处理器4d将此位置坐标发送至嵌入式控制器4e；

嵌入式控制器4e接收到消防栓硬质水管7g的位置坐标后，嵌入式控制器4e通过机械爪臂控制模块4b控制右机械臂6移动到机器人消防栓硬质水管(7g)处，使张开的右机械臂爪头6i抓到硬质水管；

消防栓阀门控制器7a将消防栓阀门舵机7d供电端口置为TRUE状态，消防栓阀门舵机7d开始工作；

嵌入式控制器4e控制消防栓阀门控制器7a通过连接端口向消防栓阀门舵机7d输出频率为50HZ，高电平的脉宽为1ms的PWM信号；

PWM信号进入消防栓阀门舵机7d内部电路产生一个偏置电压，触发电机通过减速齿轮带动电位器移动，使电压差为零时，电机停转，这时消防栓阀门舵机7d已将消防栓硬质水管7g绕舵机支点旋转45°,消防栓阀门控制器7a保持PWM信号的输入。至此，消防水管接口已与消防栓接口分离；

嵌入式控制器4e控制右机械臂6，将消防栓硬质水管7g放置于初始位置，然后控制右机械臂6放置于初始位置，整个解除过程完成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种基于灭火机器人的水管接口的解除方法，其特征在于，包括:

打开消防栓阀门旋转扇叶中心点的直流无刷电机；

获取所述直流无刷电机的供电端口的电流变化；

根据所述直流无刷电机的供电端口的电流变化关闭直流无刷电机；

打开消防栓水管接头舵机，将所述消防栓水管接头舵机进行逆时针旋转；

获取所述消防栓水管接头舵机的电流变化；

根据所述消防栓水管接头舵机的电流变化关闭消防栓水管接头舵机；

打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入PWM信号；

根据所述PWM信号将水管接口进行解除；

所述根据所述直流无刷电机的供电端口的电流变化关闭直流无刷电机，具体包括：

判断所述直流无刷电机的供电端口的电流变化是否大于或等于第一电流阈值；

若是，则关闭直流无刷电机；

若否，则返回至获取所述直流无刷电机的供电端口的电流变化；

所述根据所述消防栓水管接头舵机的电流变化关闭消防栓水管接头舵机，具体包括：

判断所述消防栓水管接头舵机的电流变化是否大于或等于第二电流阈值；

若是，则关闭消防栓水管接头舵机；

若否，则返回至获取所述消防栓水管接头舵机的电流变化；

所述打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入PWM信号，具体包括：

打开消防栓阀门舵机，通过连接端口向消防栓阀门舵机输入频率为50HZ，高电平的脉宽为1ms的PWM信号。

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