CN110075454A - 一种智能识别火焰的灭火机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能识别火焰的灭火机器人，主要包括AI识别摄像头、控制装置、履带驱动装置、柴油发电机装置和灭火装置，所述发电机装置与履带驱动装置和摄像头连接，用于供电；所述履带驱动装置包括对应固定设置在所述底盘托架两侧端口处的履带行走机构，所述履带行走机构包括履带、驱动轮、托带轮、张紧装置、缓冲弹簧、导向轮、和承重轮。通过控制装置写入识别火焰和之后做出的扑灭的指令。灭火装置包括调整灭火方向的机械臂和风力灭火器。该装置的设计发明可以代替人工进行危险的火灾扑救，具有广泛的实际应用前景。

Description

一种智能识别火焰的灭火机器人

技术领域

本发明涉及灾害抢险领域，具体涉及一种智能识别火焰的灭火机器人。

技术背景

我国是林业大国，尤其是北方，不仅林场范围广泛，且由于气候干燥等原因，每年都会发生火灾，给国家和人民造成了重大的经济损失，由于林场周围人烟稀少，且植被面积大，且落叶层较厚，对于防火工作十分不利，每年都需要投入大量人力物力进行火灾防控，不仅防控效率一直无法提升，且由于火灾前期无法有效进行发现以及灭火，火灾后期往往由于火势发展经常造成灭火人员的伤亡。而机器人则具有智能化，无人化等特点，如何使用智能机器人来进行火灾的前期识别和扑灭则成为目前林业火情灾害防控领域急需解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在危险火场如何避免人员伤亡的问题，提供一种一种智能识别火焰的灭火机器人。

技术方案

一种智能识别火焰的灭火机器人，包括AI识别摄像头、控制装置、底盘托架、履带驱动装置、L型防护罩、发电机组和灭火装置；所述履带驱动装置包括对应固定设置在所述底盘托架两侧端口处的履带行走机构，所述履带行走机构包括履带、驱动轮、托带轮组、张紧装置、导向轮组和承重轮，所述履带包括履带板和履带销，所述履带销将所述履带板首尾连接，用于所述履带围绕所述驱动轮、所述托带轮、所述张紧装置、所述缓冲弹簧、所述导向轮和所述承重轮构成的链环结构；所述驱动轮处均设有一个驱动电机，所述驱动电机与所述驱动轮同轴连接；底盘托架顶部设有底盘托板，所述L型防护罩的竖直段固定在所述底盘托板一侧，所述L型防护罩的水平段设置在所述竖直段的顶部，所述控制装置固定在所述竖直段内侧，所述AI识别摄像头设置在所述水平段上方；所述底盘托板位于所述水平段下方的位置上设有可水平自由旋转的旋转平台，所述灭火装置均设置在所述旋转平台上；所述发电机组的电源输出端与所述控制装置电连接，所述控制装置分别与所述驱动电机、所述灭火装置和所述AI识别摄像头电连接，用于移动监测时对明火火焰部分识别并进行灭火；所述控制装置内置有数据存储模块、处理器模块、GPS定位器和网络模块。

所述旋转平台底部设有固定在所述底盘托板顶部的承重架和旋转电机，所述承重架与所述旋转平台底部之间设有转轴，所述旋转平台底部设有环形转齿，所述旋转电机的输出轴设有与所述环形转齿相啮合的齿轮，用于驱动所述旋转平台沿所述转轴进行转动。

所述数据储存模块预先存入需要监测的路线轨迹以及火焰光谱图像信息，并由所述处理器模块根据所述GPS定位器提供的当前定位信息判断行走路线，通过控制所述驱动电机沿行走路线进行行走。

所述AI识别摄像头包括数据传输装置，所述数据传输装置与所述数据储存模块数据连接，用于在所述旋转平台转动时将获取的当前行走路线周围拍摄到的画面信息，通过所述处理器模块对画面信息进行火焰特征提取处理分析并与火焰光谱图像信息进行比对，从而对画面信息进行火焰识别，根据识别结果是否需要控制所述灭火装置对所述火焰位置进行灭火。

所述灭火装置包括机械臂和风力灭火器，所述风力灭火器包括离心式风机和出风筒，所述出风筒的一端固定在所述机械臂上，所述机械臂的一端设有轴连接的灭火电机，通过所述灭火电机输出轴带动所述机械臂旋转从而对所述出风筒的垂直出风角度进行调整；所述灭火电机和所述风力灭火器均与所述控制装置电连接，用于在所述风力灭火器进行灭火时，所述处理器模块控制所述灭火电机调整所述风力灭火器的垂直灭火角度。

当所述处理器模块分析出出现火焰位置后，所述GPS定位通过所述网络模块向终端远程上传出现火焰的位置信息。

所述驱动轮和所述导向轮分别对应设置在所述履带托架的前后两端，所述托带轮组固定设置在所述履带托架的上部，所述承重轮组设置在所述履带托架的下部。

所述履带板的两端设有诱导孔，与所述驱动轮外圈部设有的诱导齿相互啮合，所述履带板与地面接触的一面有加强防滑筋；所述张紧装置的一端与所述导向轮铰接，所述张紧装置的另一端固定在所述履带托架对应一端，所述张紧装置内设有缓冲弹簧。

所述发电机组包括柴油发电机、稳压器和发电机外壳；所述发电机外壳设置于所述稳压器和所述柴油发电机的外围。

所述履带板采用防火橡胶材质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:

1.智能化程度高，可代替人进入危险火场。

2.防火橡胶履带板可保证在火场等高温区域运行。

3.包括发电机在内的其他所有部件，在工作中对环境不产生二次伤害。

4.灭火效率高，及时遏制火灾蔓延。

5.不受天气，光照环境等环境因素的影响。

附图说明

图1是本发明中灭火机器人的外部结构示意图；

图2是图1中履带驱动装置的结构示意图；

图3是图1中结构示意图；

图4是风力灭火器示意图；

图5是图1中控制装置的组成结构示意图。

其中，AI识别摄像头1、履带行走机构2、风力灭火器3、履带4、驱动轮5、托带轮组6、张紧装置7、缓冲弹簧8、导向轮9、承重轮组10、底盘托架11、控制装置12、机械臂13、旋转平台14、柴油发电机15、离心式风机16、出风筒17、底盘托板18、L型防护架19、水平段20、竖直段21、导线22、驱动电机23、灭火电机24、承重架25、转轴26、环形转齿27、齿轮28、旋转电机29、数据存储模块30、处理器模块31、网络模块32、GPS定位器33、诱导孔34、诱导齿35、加强防滑筋36、稳压器37、发动机外壳38、输风管路39、灭火器外壳40。

具体实施方式

由图1-图5所示，本发明提供了可以代替人工进行危险的草原火灾扑救的一种智能识别火焰的灭火机器人，包括AI识别摄像头1、控制装置12、底盘托架11、履带驱动装置、L型防护罩19、发电机组和灭火装置；履带驱动装置包括对应固定设置在底盘托架11两侧端口处的履带行走机构2，履带行走机构2包括履带4、驱动轮5、托带轮组6、张紧装置7、导向轮9和承重轮组10，履带4包括履带4板和履带4销，履带4销将履带4板首尾连接，用于履带4围绕驱动轮5、托带轮组6、张紧装置7、缓冲弹簧8、导向轮9和承重轮组10构成的链环结构；驱动轮5处均设有一个驱动电机23，驱动电机23与驱动轮5同轴连接；底盘托架11顶部设有底盘托板18，L型防护罩19的竖直段21固定在底盘托板18一侧，L型防护罩19的水平段20设置在竖直段21的顶部，控制装置12固定在竖直段21内侧，AI识别摄像头1设置在水平段20上方；底盘托板18位于水平段20下方的位置上设有可水平自由旋转的旋转平台14，灭火装置均设置在旋转平台14上；发电机组的电源输出端与控制装置12电连接，，控制装置12分别与驱动电机23、灭火装置和AI识别摄像头1通过导线2222形成电连接，控制装置12与AI识别摄像头1形成电连接的导线2222也可采用数据传输线，即可供电，同时也能传输数据。用于移动监测时对明火火焰部分识别并进行灭火；控制装置12内置有数据存储模块30、处理器模块31、GPS定位器33和网络模块32。

优选的，驱动电机23采用内藏式低速大扭矩马达行走减速机，是履带4式传动的移动设备理想的驱动装置,用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比,具有高通过性能。

处理器模块31优选为单片机，单片机是STC89C52,输入电压为5V，使用Micro USB供电；单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，可以编入程序，让机器人按指定路线进行巡逻预警。

通过单片机编程写入识别火焰和之后做出的扑灭的指令。灭火装置包括调整灭火方向的机械臂13和风力灭火器3。其中，单片机通过写入程序，配合摄像头使用AR measure技术进行与火焰距离的测量，在有效灭火的同时保证自身安全。

旋转平台14底部设有固定在底盘托板18顶部的承重架25和旋转电机29，承重架25与旋转平台14底部之间设有转轴26，旋转平台14底部设有环形转齿27，旋转电机29的输出轴设有与环形转齿27相啮合的齿轮28，用于驱动旋转平台14沿转轴26进行转动。

数据存储模块30预先存入需要监测的路线轨迹以及火焰光谱图像信息(未示出)，并由处理器模块31根据GPS定位器33提供的当前定位信息判断行走路线，通过控制驱动电机23沿行走路线进行行走。

AI识别摄像头1包括数据传输装置，数据传输装置与数据存储模块30数据连接，用于在旋转平台14转动时将获取的当前行走路线周围拍摄到的画面信息，通过处理器模块31采用HOG(Histogram of Oriented Gradient)技术来对画面信息中火焰特征进行提取分析和特征比对。

具体来说，AI识别摄像头1是把光学图像信号转变为电信号记录下来的设备，通过摄像器件(未示出)把光转变为电能，得到画面信息信号，通过预放电路进行放大，得到标准画面信息传送到数据存储模块30中。

处理器模块31通过HOG技术来提取火焰特征，HOG特征通过计算和统计画面信息局部区域的梯度方向直方图来构成特征，即把样本图像分割为若干个像素的单元，把梯度方向平均划分为多个区间，在每个单元里面对所有像素的梯度方向在各个方向区间进行直方图统计，得到一个多维的特征向量，每相邻的单元构成一个区间，把一个区间内的特征向量联起来得到多维的特征向量，用区间对样本图像进行扫描，扫描步长为一个单元。最后将所有块的特征串联起来，就得到了火焰的特征。处理器模块31通过与火焰光谱图像信息进行比从而识别火焰，根据识别结果是否需要下达控制灭火装置对当前出现火焰的着火位置进行灭火的指令。

灭火装置包括机械臂13和风力灭火器3，风力灭火器3包括灭火器外壳40、离心式风机16和出风筒17，离心式风机16设置在灭火器外壳40内，离心式风机19和出风筒17通过输风管路39形成风路连接；出风筒17的一端固定在机械臂13上，机械臂13的一端设有轴连接的灭火电机24，通过灭火电机24输出轴带动机械臂13旋转从而对出风筒17的垂直出风角度进行调整；灭火电机24和风力灭火器3均与控制装置12电连接，用于在风力灭火器3进行灭火时，处理器模块31控制灭火电机24调整风力灭火器3的垂直灭火角度，机械臂13则通过可水平旋转的旋转平台14以及灭火电机24的带动对出风筒17的出风角度进行水平角度和垂直的自由调节，实现无死角出风效果。

当处理器模块31分析出火焰位置后，GPS定位通过网络模块32向终端远程上传出现火焰的位置信息。

驱动轮5和导向轮9分别对应设置在履带4托架的前后两端，托带轮组6固定设置在履带4托架的上部，托带轮组6中托带轮的作用是拖住履带4，防止履带4下垂过大，以减少履带4在运动中的振跳现象，并防止履带4侧向滑落。托带轮组6与承重轮组10相似，但其所承受的载荷较小，工作条件较支重轮要好，所以尺寸较小承重轮组10设置在履带4托架的下部，承重轮组10是履带4式工程机械底盘四轮一带中的一种，它的主要作用是支撑着挖掘机与推土机的重量，让履带4沿着轮子前进。承重轮组10中承重轮的个数和布置应有利于使履带4接地压力分布均匀。农业用行走机构工作多在山区或丘陵地区，路面多为土路，履带4装置需要较小的平均接地比压，支重轮的压力要分配均匀。

履带4板的两端设有诱导孔34，与驱动轮5外圈部设有的诱导齿35相互啮合，用来规正履带4，并防止坦克转向或侧倾行驶时履带4脱落。履带4板与地面接触的一面有加强防滑筋36，以提高履带4板的坚固性和履带4与地面的附着力。张紧装置7的一端与导向轮9铰接，张紧装置7的另一端固定在履带4托架对应一端，张紧装置7内设有缓冲弹簧8。其中，张紧装置7必须有一定的预压量，使履带4中产生预张紧力。其作用是前进时不因稍受外力即松弛而影响履带4销和驱动轮5齿的啮合，倒退时能产生足够的牵引力，确保履带4销和驱动轮5齿的正常啮合。张紧弹簧由于装置的反冲作用，在右方顶着导向轮9使其在工作过程中，始终保持一定的张紧状态，从而使履带4张紧导向轮9导向。主要功能是配合张紧装置7实现对履带4的弹性张紧功能。因张紧装置7的作用，是通过弹簧对导向轮9的推动从而达到张紧的作用。因此，选用压缩、拉伸弹簧即可。导向轮9的前后位置根据驱动轮5位置而定，通常布置在前面。导向轮9用于引导履带4正确绕转，可以防止跑偏和越轨，导向轮9中心离地面高度应有利于降低重心。

履带驱动装置适用于小型工程机械行业履带4与地面接触，驱动轮5不与地面接触。当驱动电机23带动驱动轮5转动时，驱动轮5在减速器驱动转矩的作用下,通过驱动轮5上的轮齿和履带4链之间的啮合,连续不断地把履带4从后方卷起。接地那部分履带4给地面一个向后的作用力,而地面相应地给履带4一个向前的反作用力,这个反作用是推动机器向前行驶的驱动力。当驱动力足以克服行走阻力时,支重轮就在履带4上表面向前滚动,从而使机器向前行驶。整机履带行走机构2的前后履带4均可单独转向，从而使其转弯半径更小。

发电机组包括柴油发电机15、稳压器37和发电机外壳；发电机外壳设置于稳压器37和柴油发电机15的外围。

柴油发电机15的发电功率为15KW-30KW，足以满足离心式风机16和其他元器件的供电需求。

履带4板采用防火橡胶材质，保证在火场等高温区域行走。

具体应用中，在大面积的草原地区失火时，可同时派遣多个机器人按路线地摊式或围剿式扑灭。机器人通过AI识别摄像头11识别火焰，机器人将靠近火源，履带驱动装置2和柴油发电机15将为机器人移动提供动力，缓冲弹簧88会在坑洼地区保证机器人平衡，通过单片机12计算，机械臂1313和旋转平台1414调整灭火角度，将风筒17对准火焰进行扑灭。火焰被扑灭，AI识别摄像头11将继续监测视线范围内的火焰，机器人将前往下一处火源。若视野内所有火源都被扑灭，机器人将原地停下待命。达到快速救火，防止造成人员伤亡，无需人工进入危险火场，保证人民生命财产安全。

Claims (10)

1.一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：包括AI识别摄像头、控制装置、底盘托架、履带驱动装置、L型防护罩、发电机组和灭火装置；所述履带驱动装置包括对应固定设置在所述底盘托架两侧端口处的履带行走机构，所述履带行走机构包括履带、驱动轮、托带轮组、张紧装置、导向轮组和承重轮，所述履带包括履带板和履带销，所述履带销将所述履带板首尾连接，用于所述履带围绕所述驱动轮、所述托带轮、所述张紧装置、所述缓冲弹簧、所述导向轮和所述承重轮构成的链环结构；所述驱动轮处均设有一个驱动电机，所述驱动电机与所述驱动轮同轴连接；底盘托架顶部设有底盘托板，所述L型防护罩的竖直段固定在所述底盘托板一侧，所述L型防护罩的水平段设置在所述竖直段的顶部，所述控制装置固定在所述竖直段内侧，所述AI识别摄像头设置在所述水平段上方；所述底盘托板位于所述水平段下方的位置上设有可水平自由旋转的旋转平台，所述灭火装置均设置在所述旋转平台上；所述发电机组的电源输出端与所述控制装置电连接，所述控制装置分别与所述驱动电机、所述灭火装置和所述AI识别摄像头电连接，用于移动监测时对明火火焰部分识别并进行灭火；所述控制装置内置有数据存储模块、处理器模块、GPS定位器和网络模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述旋转平台底部设有固定在所述底盘托板顶部的承重架和旋转电机，所述承重架与所述旋转平台底部之间设有转轴，所述旋转平台底部设有环形转齿，所述旋转电机的输出轴设有与所述环形转齿相啮合的齿轮，用于驱动所述旋转平台沿所述转轴进行转动。

3.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述数据储存模块预先存入需要监测的路线轨迹以及火焰光谱图像信息，并由所述处理器模块根据所述GPS定位器提供的当前定位信息判断行走路线，通过控制所述驱动电机沿行走路线进行行走。

4.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述AI识别摄像头包括数据传输装置，所述数据传输装置与所述数据储存模块数据连接，用于在所述旋转平台转动时将获取的当前行走路线周围拍摄到的画面信息，通过所述处理器模块对画面信息进行火焰特征提取处理分析并与火焰光谱图像信息进行比对，从而对画面信息进行火焰识别，根据识别结果是否需要控制所述灭火装置对所述火焰位置进行灭火。

5.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述灭火装置包括机械臂和风力灭火器，所述风力灭火器包括离心式风机和出风筒，所述出风筒的一端固定在所述机械臂上，所述机械臂的一端设有轴连接的灭火电机，通过所述灭火电机输出轴带动所述机械臂旋转从而对所述出风筒的垂直出风角度进行调整；所述灭火电机和所述风力灭火器均与所述控制装置电连接，用于在所述风力灭火器进行灭火时，所述处理器模块控制所述灭火电机调整所述风力灭火器的垂直灭火角度。

6.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：当所述处理器模块分析出出现火焰位置后，所述GPS定位通过所述网络模块向终端远程上传出现火焰的位置信息。

7.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述驱动轮和所述导向轮分别对应设置在所述履带托架的前后两端，所述托带轮组固定设置在所述履带托架的上部，所述承重轮组设置在所述履带托架的下部。

8.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述履带板的两端设有诱导孔，与所述驱动轮外圈部设有的诱导齿相互啮合，所述履带板与地面接触的一面有加强防滑筋；所述张紧装置的一端与所述导向轮铰接，所述张紧装置的另一端固定在所述履带托架对应一端，所述张紧装置内设有缓冲弹簧。

9.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述发电机组包括柴油发电机、稳压器和发电机外壳；所述发电机外壳设置于所述稳压器和所述柴油发电机的外围。

10.根据权利要求1所述的一种智能识别火焰的灭火机器人，其特征在于：所述履带板采用防火橡胶材质。