CN111184973A - 一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，由供电系统（1）、智能控制单元（2）、火焰识别分析系统（3）、视频采集系统（4）、投弹发射平台驱动系统（5）、机器人行走驱动系统（6）、无线网络通讯系统（7）、远程控制平台（8）以及照明灯、声光报警器、制动闸、角度传感器、避障传感器、限位传感器和测距传感器构成。该控制系统通过视频采集系统（4）获取机器人运行及火灾现场环境参数，通过火焰识别分析系统（3）识别、定位火焰位置，经过智能控制单元（2）分析处理，控制机器人行走驱动系统（6）及投弹发射平台驱动系统（5）动作，实现投弹灭火功能。远程控制平台（8）通过无线网络通讯系统（7）可实时操控及监测机器人运行状态。

Description

一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统
技术领域
本发明涉及消防机器人领域，具体来说是一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统。
背景技术
目前现有消防机器人所使用的灭火装置一般为灭火液喷射装置，主要喷出的是灭火液体，但有些火灾现场不适合使用灭火液，从而使消防灭火机器人的使用受到限制。为了扩大消防机器人的应用范围，作为一种新型灭火手段，搭载灭火投弹装置的消防机器人应运而生，该机器人通过远距离发射灭火弹，灭火弹遇火即发生反应，可瞬间将大火有效扑灭，可以避免消防人员近距离接触火场，能极大减少人员的伤亡，并且携带方便，无需考虑灭火液的外在因素，更加便于消防人员机动灵活的在第一时间做出快速响应。消防投弹灭火机器人对一般性的山林、草原及室内外不便于人接近的危险场所，以及博物馆、图书馆、精密仪器、电力设备、化学原料等不能使用灭火液的场所均有很好的灭火功能。为了更好的提高消防投弹灭火机器人的灭火效率，发挥投弹灭火机器人的作用，为消防投弹灭火机器人配置智能化的控制系统非常必要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统。该控制系统采用模块化设计、集中控制方式，可以有效的缩小安装空间，减少布线杂乱、控制繁琐的问题。
该控制系统包括：供电系统（1）、智能控制单元（2）、火焰识别分析系统（3）、视频采集系统（4）、投弹发射平台驱动系统（5）、机器人行走驱动系统（6）、无线网络通讯系统（7）、远程控制平台（8）以及照明灯、声光报警器、制动闸、角度传感器、避障传感器、限位传感器和测距传感器。
所述供电系统（1）采用高密度、大容量锂离子充电电池作为机器人工作的动力来源，为机器人各个部分提供电源，可以有效保证机器人长时间稳定运行，供电系统（1）采用防爆结构设计，充放电过程始终在一个安全空间进行。
所述智能控制单元（2）采用STM32处理器作为核心部件，机器人运行过程中的运行状态采集、动作行为等都由智能控制单元（2）进行分析判断和运算处理，智能控制单元（2）采用模块化设计，大大缩小了控制系统的安装空间。
所述火焰识别分析系统（3）用于对火焰识别和精准定位，使投弹灭火更加准确有效。
所述视频采集系统（4）包括云台、后置摄像机和双目摄像机，云台、后置摄像机和双目摄像机采集机器人运行现场的视频信号并通过无线网络通讯系统（7）将视频信号实时传输至远程控制平台（8），以便对机器人的远程操控。
所述投弹发射平台驱动系统（5）包括仰俯驱动、回转驱动、拨球驱动和发射驱动，每个驱动分别接收智能控制单元(2)的指令，驱动各自的电机执行相应的动作，同时每个驱动都会对电机动作实时监控并反馈至智能控制单元（2），实现各个执行机构的闭环控制，使动作精度更加准确。
所述机器人行走驱动系统（6）负责驱动四个驱动轮电机的协调转动，并对驱动轮转动参数进行采集，经过智能控制单元（2）数据分析处理后，完成对驱动轮的闭环控制。
所述无线网络通讯系统（7）采用无线通讯方式，完成智能控制单元（2）与远程控制台（8）之间的信息交换和数据传送。
所述远程控制平台（8）通过无线网络通讯系统（7）实时操控及监视轮式消防投弹灭火机器人运行状态。
本发明的有益效果是：该轮式消防投弹灭火机器人控制系统利用视频采集系统采集火灾现场视频图像，并通过火焰识别分析系统对火焰进行自动识别；智能控制单元根据火焰识别分析系统提供的火焰位置信息，自动操控投弹发射平台完成投弹动作进行灭火，智能化程度高，有效地提升了灭火效率。同时，利用远程控制平台完成对机器人的操控，可使消防人员远离火场，减少不必要的伤亡。该控制系统采用模块化设计、集中控制方式，可有效缩小安装空间，减少布线杂乱、控制繁琐的问题。
附图说明
图1为轮式消防投弹灭火机器人控制系统组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，该控制系统由供电系统（1）、智能控制单元（2）、火焰识别分析系统（3）、视频采集系统（4）、投弹发射平台驱动系统（5）、机器人行走驱动系统（6）、无线网络通讯系统（7）、远程控制平台（8）以及照明灯、声光报警器、制动闸、角度传感器、避障传感器、限位传感器和测距传感器构成。
所述智能控制单元（2）以STM32处理器为核心部件，通过机器人行走驱动系统接口与机器人行走驱动系统（6）相连；通过开关量控制接口与照明灯、声光报警器和制动闸相连；通过投弹发射平台驱动系统接口与投弹发射平台驱动系统（5）相连；通过视频采集系统接口与视频采集系统（4）相连；通过传感器信号采集接口与角度传感器、避障传感器、限位传感器和测距传感器相连，同时与投弹发射平台驱动系统（5）和机器人行走驱动系统（6）的电机反馈信号相连；通过火焰识别分析系统通讯接口与火焰识别分析系统（3）相连；通过无线网络通讯系统接口与无线网络通讯系统（7）相连。智能控制单元（2）安装于机器人尾部两个驱动轮上部的智能控制盒内，智能控制盒采用本安型设计。
所述机器人行走驱动系统（6）采用四轮独立驱动方式，包括左前驱动、左后驱动、右前驱动和右后驱动。机器人行走驱动系统（6）通过机器人行走驱动系统接口接收智能控制单元（2）的控制命令，驱动四个驱动轮电机协调转动。同时，对驱动轮转动参数进行采集，经过智能控制单元（2）分析处理后，完成对驱动轮的闭环控制，使机器人的动作更加灵活，运行更加平稳。
所述投弹发射平台驱动系统（5）的作用是驱动投弹发射平台的发射电机、回转电机、仰俯电机及拨球电机动作，并对各个电机参数进行采集，将采集的参数通过投弹发射平台驱动系统接口传送到智能控制单元（2）进行分析处理，完成对各电机的闭环控制。投弹发射平台驱动系统（5）不仅可以代替传统的消防员进行投弹，而且投弹距离更远、更精准、更快速，可以有效的减少人员伤亡。
所述视频采集系统（4）包括云台、后置摄像机和双目摄像机，云台、后置摄像机和双目摄像机采集的视频信号经视频采集系统接口传递到智能控制单元（2）。一方面，智能控制单元（2）将采集的视频信号发送到火焰识别分析系统（3）进行火焰识别；另一方面，将采集的视频信号通过无线网络通讯系统（7）传输至远程控制台（8），方便操作人员控制。
所述火焰识别分析系统（3）由火焰识别分析板组成，火焰识别分析板安装于智能控制盒中。智能控制单元（2）将双目摄像机采集的现场视频图像，传至火焰识别分析板进行分析识别，判断现场是否有火焰。若有火焰，实时将火焰相对于机器人本身位置坐标信息传输至智能控制单元（2），智能控制单元（2）根据火焰识别分析系统（3）提供的火焰位置信息，控制机器人行走驱动系统（6）动作，使机器人靠近火源；同时，控制投弹发射平台驱动系统（5）的电机动作，瞄准火焰进行投弹灭火。
所述智能控制单元（2）通过传感器信号采集接口采集角度传感器、限位开关、测距传感器、避障传感器的信息以及机器人行走驱动系统（6）和投弹发射平台驱动系统（5）各个电机的反馈信号，并对采集的数据信息进行分析判断和运算处理，实时对机器人运行提供安全保护。
所述消防投弹灭火机器人装有照明灯、声光报警灯及制动闸，智能控制单元（2）通过开关量控制接口对照明灯、声光报警灯及制动闸进行控制。
所述无线网络通讯系统（7）由数传模块和图传模块组成，采用无线通讯方式，完成智能控制单元（2）与远程控制台（8）之间的图像传输和数据交换。
所述远程控制平台（8）通过无线网络通讯系统（7）实时操控及监视轮式消防投弹灭火机器人运行状态。
所述供电系统（1）包括电池和充电器，固定于机器人中间底部，安装于机器人本体防爆腔内，电池采用高密度、大容量锂离子电池，充电器具有高温、反向、短路、断路等保护，可有效的保护电池及其充电过程的安全性。所述供电系统（1）作为该机器人的动力来源，是本控制系统不可或缺的一部分。
本发明所述并不限于具体实施方式所述的实施例，只要是本领域技术人员根据本发明方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新及保护的范围。

Claims (7)

1.一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，其特征在于：该控制系统由供电系统（1）、智能控制单元（2）、火焰识别分析系统（3）、视频采集系统（4）、投弹发射平台驱动系统（5）、机器人行走驱动系统（6）、无线网络通讯系统（7）、远程控制平台（8）以及照明灯、声光报警器、制动闸、角度传感器、避障传感器、限位传感器和测距传感器构成；所述智能控制单元（2）以STM处理器为核心部件，通过机器人行走驱动系统接口与机器人行走驱动系统（6）相连，通过开关量控制接口与照明灯、声光报警器和制动闸相连，通过投弹发射平台驱动系统接口与投弹发射平台驱动系统（5）相连，通过视频采集系统接口与视频采集系统（4）相连，通过传感器信号采集接口与角度传感器、避障传感器、限位传感器和测距传感器相连，同时与投弹发射平台驱动系统（5）和机器人行走驱动系统（6）的电机反馈信号相连；通过火焰识别分析系统通讯接口与火焰识别分析系统（3）相连；通过无线网络通讯系统接口与无线网络通讯系统（7）相连；智能控制单元（2）安装于机器人尾部两个驱动轮上部的智能控制盒内，智能控制盒采用本安型设计。
2.根据权利要求1所述一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，其特征在于：所述机器人行走驱动系统（6）采用四轮独立驱动方式，机器人行走驱动系统（6）通过机器人行走驱动系统接口接收智能控制单元（2）的控制命令，驱动四个驱动轮电机协调转动；同时，对驱动轮转动参数进行采集，经过智能控制单元（2）分析处理后，完成对驱动轮的闭环控制，使机器人的动作更加灵活，运行更加平稳。
3.根据权利要求1所述一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，其特征在于：所述投弹发射平台驱动系统（5）用于驱动投弹发射平台的发射电机、回转电机、仰俯电机及拨球电机动作，并对各个电机参数进行采集，将采集的参数通过投弹发射平台驱动系统接口传送到智能控制单元（2）进行分析处理，完成对各电机的闭环控制。
4.根据权利要求1所述一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，其特征在于：所述视频采集系统（4）包括云台、后置摄像机和双目摄像机；所述云台、后置摄像机和双目摄像机采集的视频信号经视频采集系统接口传递到智能控制单元（2）；所述智能控制单元（2）将采集的视频信号发送到火焰识别分析系统（3）进行火焰识别，同时，将采集的视频信号通过无线网络通讯系统（7）传输至远程控制台（8）。
5.根据权利要求1所述一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，其特征在于：所述火焰识别分析系统（3）由火焰识别分析板组成，火焰识别分析板安装于智能控制盒中；智能控制单元（2）将双目摄像机采集的现场视频图像传至火焰识别分析板进行分析识别，判断现场是否有火焰；若有火焰，则将火焰相对于机器人本身位置坐标信息传输至智能控制单元（2），智能控制单元（2）根据火焰识别分析系统（3）提供的火焰位置信息，控制机器人行走驱动系统（6）动作，使机器人靠近火源；同时，控制投弹发射平台驱动系统（5）的电机动作，瞄准火焰进行投弹灭火。
6.根据权利要求1所述一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，其特征在于：所述智能控制单元（2）通过传感器信号采集接口采集角度传感器、限位开关、测距传感器、避障传感器的信息以及机器人行走驱动系统（6）和投弹发射平台驱动系统（5）各个电机的反馈信号，并对采集的数据信息进行分析判断和运算处理，实时对机器人运行提供安全保护；所述智能控制单元（2）通过开关量控制接口对照明灯、声光报警灯及制动闸进行控制。
7.根据权利要求1所述一种轮式消防投弹灭火机器人控制系统，其特征在于：所述无线网络通讯系统（7）由数传模块和图传模块组成，采用无线通讯方式，完成智能控制单元（2）与远程控制台（8）之间的图像传输和数据交换；所述远程控制平台（8）通过无线网络通讯系统（7）实时操控及监测轮式消防投弹灭火机器人运行状态。
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