CN109976327A - 一种巡逻机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的巡逻机器人包括机器人本体和移动平台，机器人本体安装在移动平台上。机器人本体内部设置机器人控制器、网络模块、电机驱动模块、导航模块、视觉控制器、避障模块、图像采集模块、电源管理模块，机器人控制器分别与网络模块、电机驱动模块、导航模块、视觉控制器、避障模块、电源管理模块相连，在用户进行路径规划后，无需改变现有环境即可直接使用，可在无人看守条件下持久工作；该机器人还具有图像采集功能，可实时传送巡逻情况视频；同时该机器人还具车牌识别、人脸识别、行为识别等相关智能功能；该机器人应用的户外导航技术可以大大提高机器人在户外定位的精度，提供精准巡逻服务，有效的提高了机器人在户外环境应用的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，特别涉及一种巡逻机器人。
背景技术
随着社会城镇化水平的不断发展，居民小区、医院、广场等大型场所的数量和规模不断增大，城镇化的安保巡逻任务也日趋繁重，目前在这种场所基本采用保安人员巡逻和固定位置监控摄像头实现该区域的安保监控任务，存在保安人员易疲劳、固定摄像机监控有死角等缺点；另外随着数字和信息技术的发展、感知城市、无线城市、智慧城市等发展方向的提出，现有的巡逻监控手段已经越来越不能满足城镇化发展的需要。
巡逻机器人是一种可移动的机器人系统，可在主动或遥控方式下，在不同场合进行巡逻和监控，实时监测周围环境、对异常情况进行报警和记录，并协同现有的固定监控系统组成监控网络系统，提高安防监控效果和监控的自动化水平。
工作在户外的巡逻机器人，由于环境复杂，对于机器人的导航精度以及避障能力提出了更高的要求，而现有的基于单一技术的导航系统无法满足多变的户外环境需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种巡逻机器人，可以在用户进行路径规划后，无需改变现有环境即可直接使用，可在无人看守条件下持久工作；该机器人还具有图像采集功能，可实时传送巡逻情况视频；同时该机器人还具车牌识别、人脸识别、行为识别等相关智能功能；该机器人应用的户外导航技术可以大大提高机器人在户外定位的精度，提供精准巡逻服务，有效的提高了机器人在户外环境应用的可靠性。
一种巡逻机器人，包括机器人本体和移动平台，所述机器人本体安装在所述移动平台上，所述机器人本体内设置机器人控制器、网络模块、电机驱动模块、导航模块、视觉控制器、避障模块、图像采集模块、电源管理模块，所述机器人控制器分别与所述网络模块、所述电机驱动模块、所述导航模块、所述视觉控制器、所述避障模块、所述电源管理模块电性相连。
可选地，所述移动平台包括用于行走使用的车轮、用于安装所述车轮的底盘以及设置在所述底盘上用于驱动所述车轮行进以及控制转向的电机，所述电机与所述电机驱动模块电性连接。
可选地，所述底盘包括车架、后桥及前桥，所述车架分别连接所述前桥和所述后桥，所述电机包括驱动电机和用于完成移动平台转向的转向电机，所述驱动电机安装在所述后桥上，所述转向电机安装在所述前桥上。
可选地，所述网络模块由交换机和无线网络模块组成，通过网络模块与远程安保机器人进行信息交互，所述网络模块将用户命令信号传输到机器人控制器的控制接口实现远程控制机器人；
所述电机驱动模块通过CAN总线接收所述机器人控制器发送的控制信号对电机进行控制。
可选地，所述视觉控制器接收并处理所述图像采集模块返回的图像信息，进行至少包括人脸识别、车牌识别、人体检测在内视觉信息相关的运算处理，并将运算结果通过网络模块传到用户端或保存在本地数据库。
可选地，所述导航模块包括差分GNSS系统、里程计和惯性导航单元，所述差分GNSS系统包括用于修正的地面基站端的卫星系统和移动设备端，所述里程计包括安装在车轮上的两个编码器，通过编码器记录的车轮转动的圈数结合车轮的外径，计算车轮走过的路程；所述惯性导航单元用于在GNSS系统信号不良的情况下提供航向角数据。
可选地，所述避障模块包括声纳避障单元和激光避障单元，所述声纳避障单元设置在所述机器人本体四周，所述激光避障单元设置在所述移动平台前进方向一侧并且倾斜朝向地面。
可选地，所述图像采集模块包括云台摄像机、第一行车记录摄像机及第二行车记录摄像机，所述云台摄像机根据用户由远程操控观测方向和角度或根据设定的轨迹进行巡视，所述第一行车记录摄像机及第二行车记录摄像机全程记录机器人行驶时前后道路的状况，并将视频保存在用户端。
可选地，所述电源管理模块用于记录用电电量，从而计算出机器人的实时续航时间返回给用户端；所述电源管理模块包括磷酸铁锂电池、电源稳压模块，所述磷酸铁锂电池与所述电源稳压模块电性连接。
可选地，所述电池管理模块还包括无线充电模块，所述无线充电模块与充电区域的无线发射线圈耦合连接进行无线充电。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的巡逻机器人包括机器人本体和移动平台，机器人本体安装在移动平台上。机器人本体内部设置机器人控制器、网络模块、电机驱动模块、导航模块、视觉控制器、避障模块、图像采集模块、电源管理模块，机器人控制器分别与网络模块、电机驱动模块、导航模块、视觉控制器、避障模块、电源管理模块相连，在用户进行路径规划后，无需改变现有环境即可直接使用，可在无人看守条件下持久工作；该机器人还具有图像采集功能，可实时传送巡逻情况视频；同时该机器人还具车牌识别、人脸识别、行为识别等相关智能功能；该机器人应用的户外导航技术可以大大提高机器人在户外定位的精度，提供精准巡逻服务，有效的提高了机器人在户外环境应用的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中巡逻机器人的系统框图；
图2是本发明实施例中巡逻机器人的GNSS+惯导算法流程的示意图。
附图标记：机器人控制器100、网络模块101、电机驱动模块102、导航模块103、视觉控制器104、避障模块105、图像采集模块106、电源管理模块107。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示，本发明提供的一种巡逻机器人，包括机器人本体和移动平台，所述机器人本体安装在所述移动平台上，所述机器人本体内设置机器人控制器100、网络模块101、电机驱动模块102、导航模块103、视觉控制器104、避障模块105、图像采集模块106、电源管理模块107，所述机器人控制器100分别与所述网络模块101、所述电机驱动模块102、所述导航模块103、所述视觉控制器104、所述避障模块105、所述电源管理模块107电性相连。
移动平台包括用于行走使用的车轮、用于安装所述车轮的底盘以及设置在所述底盘上用于驱动所述车轮行进以及控制转向的电机，所述电机与所述电机驱动模块102电性连接，机器人本体为中空壳体；移动平台用于安装行走用的车轮，通过底盘上设置的双电机进行行走和转向，移动平台驱动方式为后驱动前专向结构，其结构由三部分组成，分别为车架、后桥、前桥；车架用于连接前桥、后桥，搭载机电设备，安装外壳，后桥为驱动桥，用一台电机提供整车动力，前桥用于完成移动平台的转向。
移动平台还可以采用全地形履带机器车，可以提高对地形的适应能力。
底盘包括车架、后桥及前桥，所述车架分别连接所述前桥和所述后桥，所述电机包括驱动电机和用于完成移动平台转向的转向电机，所述驱动电机安装在所述后桥上，所述转向电机安装在所述前桥上。
机器人控制器100为机器人控制系统的中央处理器，负责对传感器采集到的数据进行分析、计算，并做出相应的处理方式。网络模块101由交换机和无线网络模块101组成。其作用是机器人系统内部各个部件信息交互，以及用户可以通过网络模块101与远程安保机器人进行信息交互，网络模块101将用户命令信号传输到机器人控制器100的控制接口实现远程控制机器人。
网络模块101由交换机和无线网络模块101组成，通过网络模块101与远程安保机器人进行信息交互，所述网络模块101将用户命令信号传输到机器人控制器100的控制接口实现远程控制机器人。
电机驱动模块102通过CAN总线接收所述机器人控制器100发送的控制信号对电机进行控制。
视觉控制器104接收并处理所述图像采集模块106返回的图像信息，进行至少包括人脸识别、车牌识别、人体检测在内视觉信息相关的运算处理，并将运算结果通过网络模块101传到用户端或保存在本地数据库。
导航模块103包括差分GNSS系统、里程计和惯性导航单元103，所述差分GNSS系统包括用于修正的地面基站端的卫星系统和移动设备端，所述里程计包括安装在车轮上的两个编码器，通过编码器记录的车轮转动的圈数结合车轮的外径，计算车轮走过的路程；惯性导航单元103用于在GNSS系统信号不良的情况下提供航向角数据。
结合图2所示，具体地，导航模块103由差分GNSS系统、里程计和惯性导航单元组成。差分GNSS系统由以下几部分组成，卫星系统(地球轨道)，用于修正的地面基站端(包括一部差分GPS接收机及基站电台)和移动设备端(包括差分GPS接收机及移动电台)，差分GNSS系统在卫星信号条件良好的情况下，可以提供精度在2cm的位置信息。里程计由安装在车子后轮的两个编码器组成，通过编码器记录的车轮转动的圈数结合车轮的外径，可以推算出机器人走过的路程。惯性导航单元可以在GNSS信号不良的情况下提供航向角数据。GNSS组合惯导定位主要以差分GNSS定位为主，当卫星信号良好时，机器人采用GNSS定位信息，当GNSS卫星信号受到遮挡或丢失时，采用惯性导航进行航迹推算，连续输出定位数据。差分GNSS在信号良好时定位精度可在2cm左右，当信号不好时，精度在米级，此时可短暂用惯导和里程计定位。巡逻的地图采用拓扑地图方式，拓扑节点由目标点和关键节点(转弯处，交叉路口等)组成，路径规划采用人工设定的方式。人为规划设置巡逻路径，机器人按照事先设计好的行走路线，然后按照此路线完成全局地图节点采集。
避障模块105包括声纳避障单元和激光避障单元，所述声纳避障单元设置在所述机器人本体四周，所述激光避障单元设置在所述移动平台前进方向一侧并且倾斜朝向地面，机器人的四周采用声纳组实现避停，采用声纳虽可实现绕障，但声纳组存在盲区，对于高度较低的障碍物，如道路的路肩，地面上的坑洼等无法识别。为了弥补声纳避障的缺陷加入了向下倾斜的二维激光传感器识别地面信息。这样机器人就可以在复杂的路面环境下自主避障，这样可以提高对障碍物的识别能力，保证运行的安全可靠。
图像采集模块106包括云台摄像机、第一行车记录摄像机及第二行车记录摄像机，所述云台摄像机根据用户由远程操控观测方向和角度或根据设定的轨迹进行巡视，所述第一行车记录摄像机及第二行车记录摄像机全程记录机器人行驶时前后道路的状况，并将视频保存在用户端。
电源管理模块107用于记录用电电量，从而计算出机器人的实时续航时间返回给用户端，当出现低电量时及时进行告警，所述电源管理模块107包括磷酸铁锂电池、电源稳压模块，所述磷酸铁锂电池与所述电源稳压模块电性连接。
为了提高机器人的续航能力，还可以进行自主充电，预先设定充电区域坐标，当电量低于设定阈值时候，巡逻机器人向充电区域前进并向用户端发送提示信息，具体地，所述电池管理模块还包括无线充电模块，所述无线充电模块与充电区域的无线发射线圈耦合连接进行无线充电，对于如何完成无线充电对准的细节，本领与普通技术人员应当了解，在此不作赘述。
本发明提供的巡逻机器人包括机器人本体和移动平台，机器人本体安装在移动平台上。机器人本体内部设置机器人控制器100、网络模块101、电机驱动模块102、导航模块、视觉控制器104、避障模块105、图像采集模块106、电源管理模块107，机器人控制器100分别与网络模块101、电机驱动模块102、导航模块、视觉控制器104、避障模块105、电源管理模块107相连，在用户进行路径规划后，无需改变现有环境即可直接使用，可在无人看守条件下持久工作；该机器人还具有图像采集功能，可实时传送巡逻情况视频；同时该机器人还具车牌识别、人脸识别、行为识别等相关智能功能；该机器人应用的户外导航技术可以大大提高机器人在户外定位的精度，提供精准巡逻服务，有效的提高了机器人在户外环境应用的可靠性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种巡逻机器人进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，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 (10)
1.一种巡逻机器人，其特征在于，包括机器人本体和移动平台，所述机器人本体安装在所述移动平台上，所述机器人本体内设置机器人控制器、网络模块、电机驱动模块、导航模块、视觉控制器、避障模块、图像采集模块、电源管理模块，所述机器人控制器分别与所述网络模块、所述电机驱动模块、所述导航模块、所述视觉控制器、所述避障模块、所述电源管理模块电性相连。
2.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述移动平台包括用于行走使用的车轮、用于安装所述车轮的底盘以及设置在所述底盘上用于驱动所述车轮行进以及控制转向的电机，所述电机与所述电机驱动模块电性连接。
3.根据权利要求2所述的巡逻机器人，其特征在于，所述底盘包括车架、后桥及前桥，所述车架分别连接所述前桥和所述后桥，所述电机包括驱动电机和用于完成移动平台转向的转向电机，所述驱动电机安装在所述后桥上，所述转向电机安装在所述前桥上。
4.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述网络模块由交换机和无线网络模块组成，通过网络模块与远程安保机器人进行信息交互，所述网络模块将用户命令信号传输到机器人控制器的控制接口实现远程控制机器人；
所述电机驱动模块通过CAN总线接收所述机器人控制器发送的控制信号对电机进行控制。
5.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述视觉控制器接收并处理所述图像采集模块返回的图像信息，进行至少包括人脸识别、车牌识别、人体检测在内视觉信息相关的运算处理，并将运算结果通过网络模块传到用户端或保存在本地数据库。
6.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述导航模块包括差分GNSS系统、里程计和惯性导航单元，所述差分GNSS系统包括用于修正的地面基站端的卫星系统和移动设备端，所述里程计包括安装在车轮上的两个编码器，通过编码器记录的车轮转动的圈数结合车轮的外径，计算车轮走过的路程；所述惯性导航单元用于在GNSS系统信号不良的情况下提供航向角数据。
7.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述避障模块包括声纳避障单元和激光避障单元，所述声纳避障单元设置在所述机器人本体四周，所述激光避障单元设置在所述移动平台前进方向一侧并且倾斜朝向地面。
8.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述图像采集模块包括云台摄像机、第一行车记录摄像机及第二行车记录摄像机，所述云台摄像机根据用户由远程操控观测方向和角度或根据设定的轨迹进行巡视，所述第一行车记录摄像机及第二行车记录摄像机全程记录机器人行驶时前后道路的状况，并将视频保存在用户端。
9.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述电源管理模块用于记录用电电量，从而计算出机器人的实时续航时间返回给用户端；所述电源管理模块包括磷酸铁锂电池、电源稳压模块，所述磷酸铁锂电池与所述电源稳压模块电性连接。
10.根据权利要求9所述的巡逻机器人，其特征在于，所述电池管理模块还包括无线充电模块，所述无线充电模块与充电区域的无线发射线圈耦合连接进行无线充电。
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