CN113058185A - 智能巡逻消防机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能巡逻消防机器人及控制方法，通过自动导航巡逻监测火场发生，并采集火场状态信息并上传至服务器，进行分析判断将生成的控制命令下传至巡逻消防机器人本体的控制系统上，消防机器人根据控制命令通过驱动模块行驶机器人，并打开设置于机器人本体上的灭火装置控制或消灭火场，根据火场性质，启动不同的灭火装置进行扑灭，使得火场及时被发现和及时扑救，避免了火场对生命和财产所造成的损害。

Description

智能巡逻消防机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别是一种智能巡逻消防机器人及控制方法。

背景技术

火灾是各种灾害中最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一，要避免火灾对公众财产安全及人身安全造成的伤害，必须对火灾及时进行检测，如果没有及时发现而影响救火的最佳时机，很容易错过最佳灭火时机，火势就很难得以控制，会造成更大的损害，由于火灾现场环境极其恶劣和危险，因此，需要能及时发现火场的装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能巡逻消防机器人及控制方法，该装置能自动侦查和巡逻，及时巡查火灾的发生。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的智能巡逻消防机器人，包括机器本体和设置在机器人本体上的控制系统，所述控制系统包括微处理器、距离传感器、红外摄像头、控制阀门、驱动模块、灭火装置、服务器；

所述红外摄像头用于采集火场位置信息，并将火场位置信息传输到微处理器中，所述距离传感器用于采集火场距离信息，并将火场距离信息传输到微处理器中，所述微处理器对火场位置信息和火场距离信息进行预处理后上传到服务器中，所述服务器根据火场位置信息和火场距离信息确定火场状况信息，

所述服务器根据火场状况信息生成控制命令，并下传到机器人本体上微处理器，通过微处理器控制驱动模块，所述驱动模块驱动机器人本体到预定的位置，所述微处理器与控制阀门连接，通过微处理器生成的控制命令打开控制阀门，在控制阀门的作用下灭火装置向火场喷出用于灭火的物质。

进一步，所述灭火装置包括泡沫灭火器和干粉灭火器。

进一步，所述服务器根据火场位置信息和火场距离信息确定的火场状况信息以视频方式输出火场状况信息，所述火场状况信息输出到显示屏供消防人员研判火场状况。

进一步，所述微处理器根据火场状况信息确定火场性质，并根据火场性质选用泡沫灭火器扑灭，所述泡沫灭火器用于实现对木材、棉麻、纸张、石油制品A类可燃物初期火灾进行扑灭工作；或者选用干粉灭火器扑灭，所述干粉灭火器用于实现对可燃气体、液体，电气火灾C类和D类可燃物初期火灾。

进一步，所述机器人采用四轮驱动车载方式运动，采用红外摄像头利用机器视觉识别来确定火场位置信息和火场状况信息。

进一步，所述微处理器采用单片机。

进一步，所述服务器设置有火场性质判断系统，所述火场性质判断系统采用基于深度学习的神经网络模型，通过学习训练形成可识别火场性质的神经网络模型，首先将采集到火场状态信息的图像输入到模型中，所述模型使用多组训练数据训练出来的，所述多组中的训练数据中每一组训练数据均包括火场状态信息的图像，和用来标识该火场性质的图像的标识信息；获取所述模型的输出信息，其中，所述输出信息包括所述火场性质信息。

进一步，所述驱动模块中设置有自动避开障碍物单元，所述自动避开障碍物单元用于实现根据火场道路状况自动避障车辆的运动控制。

进一步，所述自动避开障碍物单元通过获取道路环境信息，并实现路径规划和决策等功能，对道路进行图像处理,简化并提取道路边界线,拟合出道路方程，并在行驶过程控制机器人的运动方向与速度。

进一步，所述自动避开障碍物单元采用模糊-PID算法对机器人方向及速度进行控制，使其能够快速有效分析行驶路径,计算行驶的方向和速度，实现四轮驱动车载式机器人的运动控制。

本发明还提供了一种智能巡逻消防机器人的控制方法，包括以下步骤：

初始化巡逻消防机器人的工作参数，启动机器人行驶工作，通过双目红外摄像头获取图像，采用火场的火焰光谱图像数据，根据火焰光谱图像数据判断火场是否有火焰存在，如果无，则继续采集火焰光谱图像数据，如果有，则计算火焰距离、高度、角度和大小，根据光谱判断火焰性质，并将数据上传到服务器，服务区根据传送信息生成远程灭火控制命令，并下传值机器人，机器人根据现场采集的图像数据，行驶到火焰前方预设位置，根据服务器下达的控制命令喷射相应的灭火剂，机器人根据双目红外摄像头采集的图像数据检查火场的火焰是否熄灭，如果否，则继续采集火场的火焰光谱图像数据，并计算火焰距离、高度、角度和大小，生成控制命令，驱动机器人继续喷射相应的灭火剂，直到火焰被扑灭，进入下一次巡逻检测。

进一步，所述光谱判断火焰性质是按照以下步骤进行判断的：

根据传回的红外图像数据对RGB阈值进行判断，识别出符合火焰的图像RGB阈值后，将获取的火焰光谱数据进行比对，最终判断火场燃烧物的性质。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的智能巡逻消防机器人，通过自动导航巡逻监测火场发生，并采集火场状态信息并上传至服务器，进行分析判断将生成的控制命令下传至巡逻消防机器人本体的控制系统上，消防机器人根据控制命令通过驱动模块行驶机器人，并打开设置于机器人本体上的灭火装置控制或消灭火场，根据火场性质，启动不同的灭火装置进行扑灭，使得火场及时被发现和及时扑救，避免了火场对生命和财产所造成的损害。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为智能巡逻消防机器人控制系统原理框图。

图2为智能巡逻消防机器人结构正视图。

图3为智能巡逻消防机器人结构俯视图。

图4为智能巡逻消防机器人电路图。

图5为智能巡逻消防机器人控制方法流程图。

图中，1-机器人电控箱、2-灭火器喷射口高度调节器、3-灭火器、4-灭火器喷射控制器、5-机器人控制按钮、6-双目摄像头、21-灭火器喷射口高度调节柱、22-灭火器喷射口固定扣、31-灭火器压把、32-灭火器胶管、41-电磁铁、42-灭火器喷射控制开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本实施例提供的智能巡逻消防机器人，包括机器本体和设置在机器人本体上的控制系统，所述控制系统包括微处理器、距离传感器、红外摄像头、控制阀门、WiFi模块、驱动模块、灭火装置和服务器；

所述红外摄像头用于采集火场位置信息，并将火场位置信息传输到微处理器中，所述距离传感器用于采集火场距离信息，并将火场距离信息传输到微处理器中，所述微处理器对火场位置信息和火场距离信息进行预处理后上传到服务器中，所述服务器根据火场位置信息和火场距离信息确定火场状况信息，并以视频方式输出火场状况信息，所述服务器与微处理器连接，所述微处理器用于控制机器本体，通过微处理器将火场状况信息输出到显示屏供消防人员研判火场状况，所述服务器根据火场状况信息生成控制命令，并下传到机器人本体上微处理器，通过微处理器控制驱动模块，所述驱动模块驱动机器人本体到预定的位置，所述微处理器与控制阀门连接，通过微处理器生成的控制命令打开控制阀门，在控制阀门的作用下灭火装置向火场喷出用于灭火的物质，直到将火场的火源扑灭为止，因此，本机器人可以根据火场状况信息，打开或关闭在机器人本体上携带的灭火装置，所述灭火装置包括泡沫灭火器和干粉灭火器；

所述微处理器根据火场状况信息确定火场性质，并根据火场性质自动选用泡沫灭火器扑灭“木材、棉麻、纸张、石油制品”等A类可燃物初期火灾；或者自动选用干粉灭火器扑灭“可燃气体、液体，电气火灾”等C类和D类可燃物初期火灾。

如图2、3、4所示，本实施例的机器人采用四轮驱动车载方式运动，采用红外摄像头利用机器视觉识别来确定火场位置信息和火场状况信息。本实施例提供的消防机器人的微处理器采用单片机。

本实施例提供的机器人的本体设置有机器人电控箱，所述电控箱用于控制灭火装置状态和机器人的行驶状态；所述灭火装置为灭火器，所述灭火器设置于本体上，所述灭火器压把与灭火器喷射控制器连接，所述灭火器喷射控制器用于控制灭火器压把的张开和闭合，所述灭火器喷射控制器包括灭火器喷射控制开关和电磁铁，所述灭火器喷射控制开关设置于压把上，所述灭火器喷射控制开关用于拉动压把以适于灭火器处于向外喷射灭火物质，所述灭火器喷射控制开关下端与电磁铁伸缩杆连接，所述电磁铁在电控箱的控制下通过伸缩杆拉动拉杆上下移动，从而压紧压把；所述灭火器喷射控制开关为拉杆，所述灭火器通过胶管与灭火器喷射口连接，所述灭火器喷射口设置于灭火器喷射口高度调节器上，所述灭火器喷射口高度调节器包括设置于机器人本体上的灭火器喷射口高度调节柱和灭火器喷射口固定扣，所述灭火器喷射口固定扣设置于所述灭火器喷射口高度调节柱上，用于固定灭火器喷射口，所述灭火器喷射口高度调节柱在电控箱的控制下改变灭火器喷射口高度调节柱的高度，以及控制灭火器喷射口固定扣的角度，以适于灭火器喷射口朝着预设的方向和部位喷射灭火物质。

本实施例提供的机器人本体上设置有双目摄像头，所述双目摄像头为红外摄像头，所述红外摄像头用于获取火场光谱数据信息，所述火场光谱数据信息用于分析火场性质；

本实施例提供的服务器设置有火场性质判断系统，该系统根据传回的红外图像数据对RGB阈值进行判断，识别出符合火焰的图像RGB阈值后，将获取的火焰光谱数据进行比对，最终判断火场燃烧物的性质，所述火场性质判断系统根据火场位置信息和火场距离信息并通过利用机器视觉图像处理、模式识别、智能控制、嵌入式等技术识别火场性质，火场性质判断系统采用基于深度学习的神经网络模型，通过学习训练形成可识别火场性质的神经网络模型，首先将采集到火场状态信息的图像输入到模型中，所述模型使用多组训练数据训练出来的，所述多组中的训练数据中每一组训练数据均包括火场状态信息的图像，和用来标识该火场性质的图像的标识信息；获取所述模型的输出信息，其中，所述输出信息包括所述火场性质信息。

如图5所示，本实施例提供的训练消防机器人按照以下工作流程进行分析处理，具体如下：

初始化巡逻消防机器人的工作参数，启动机器人行驶工作，通过双目红外摄像头获取图像，采用火场的火焰光谱图像数据，根据火焰光谱图像数据判断火场是否有火焰存在，如果无，则继续采集火焰光谱图像数据，如果有，则计算火焰距离、高度、角度和大小，根据光谱判断火焰性质，并将数据上传到服务器，服务区根据传送信息生成远程灭火控制命令，并下传值机器人，机器人根据现场采集的图像数据，行驶到火焰前方预设位置，根据服务器下达的控制命令喷射相应的灭火剂，机器人根据双目红外摄像头采集的图像数据检查火场的火焰是否熄灭，如果否，则继续采集火场的火焰光谱图像数据，并计算火焰距离、高度、角度和大小，生成控制命令，驱动机器人继续喷射相应的灭火剂，直到火焰被扑灭，进入下一次巡逻检测。

所述火场性质信息包括A类可燃物初期火灾；C类可燃气体、液体，电气火灾和D类可燃物初期火灾。

本实施例提供的驱动模块中设置有自动避开障碍物单元，所述自动避开障碍物单元用于实现根据火场道路状况自动避障车辆的运动控制，通过获取道路环境信息，并实现路径规划和决策等功能，对道路进行图像处理,简化并提取道路边界线,拟合出道路方程，并在行驶过程控制机器人的运动方向与速度；本实施例采用模糊-PID算法对机器人方向及速度进行控制，使其能够快速有效分析行驶路径,计算行驶的方向和速度，实现四轮驱动车载式机器人的运动控制。

本实施例通过WIFI模块建立socket连接，将字符传输到自己搭建的linux服务器上，将火场视频无线回传至控制终端；通过openmv进行图像识别，在智能识别火场性质后选用灭火器将其扑灭。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.智能巡逻消防机器人，其特征在于：包括机器本体和设置在机器人本体上的控制系统，所述控制系统包括微处理器、距离传感器、红外摄像头、控制阀门、驱动模块、灭火装置、服务器；

所述红外摄像头用于采集火场位置信息，并将火场位置信息传输到微处理器中，所述距离传感器用于采集火场距离信息，并将火场距离信息传输到微处理器中，所述微处理器对火场位置信息和火场距离信息进行预处理后上传到服务器中，所述服务器根据火场位置信息和火场距离信息确定火场状况信息，

所述服务器根据火场状况信息生成控制命令，并下传到机器人本体上微处理器，通过微处理器控制驱动模块，所述驱动模块驱动机器人本体到预定的位置，所述微处理器与控制阀门连接，通过微处理器生成的控制命令打开控制阀门，在控制阀门的作用下灭火装置向火场喷出用于灭火的物质。

2.如权利要求1所述的智能巡逻消防机器人，其特征在于：所述灭火装置包括泡沫灭火器和干粉灭火器；

所述服务器根据火场位置信息和火场距离信息确定的火场状况信息以视频方式输出火场状况信息，所述火场状况信息输出到显示屏供消防人员研判火场状况。

3.如权利要求1所述的智能巡逻消防机器人，其特征在于：所述微处理器根据火场状况信息确定火场性质，并根据火场性质选用泡沫灭火器扑灭，所述泡沫灭火器用于实现对木材、棉麻、纸张、石油制品A类可燃物初期火灾进行扑灭工作；或者选用干粉灭火器扑灭，所述干粉灭火器用于实现对可燃气体、液体，电气火灾C类和D类可燃物初期火灾。

4.如权利要求1所述的智能巡逻消防机器人，其特征在于：所述机器人采用四轮驱动车载方式运动，采用红外摄像头利用机器视觉识别来确定火场位置信息和火场状况信息；所述微处理器采用单片机。

5.如权利要求1所述的智能巡逻消防机器人，其特征在于：所述服务器设置有火场性质判断系统，所述火场性质判断系统采用基于深度学习的神经网络模型，通过学习训练形成可识别火场性质的神经网络模型，首先将采集到火场状态信息的图像输入到模型中，所述模型使用多组训练数据训练出来的，所述多组中的训练数据中每一组训练数据均包括火场状态信息的图像，和用来标识该火场性质的图像的标识信息；获取所述模型的输出信息，其中，所述输出信息包括所述火场性质信息。

6.如权利要求1所述的智能巡逻消防机器人，其特征在于：所述驱动模块中设置有自动避开障碍物单元，所述自动避开障碍物单元用于实现根据火场道路状况自动避障车辆的运动控制。

7.如权利要求6所述的智能巡逻消防机器人，其特征在于：所述自动避开障碍物单元通过获取道路环境信息，并实现路径规划和决策等功能，对道路进行图像处理,简化并提取道路边界线,拟合出道路方程，并在行驶过程控制机器人的运动方向与速度。

8.如权利要求6所述的智能巡逻消防机器人，其特征在于：所述自动避开障碍物单元采用模糊-PID算法对机器人方向及速度进行控制，使其能够快速有效分析行驶路径,计算行驶的方向和速度，实现四轮驱动车载式机器人的运动控制。

9.根据权利要求1-8所述的任一项的智能巡逻消防机器人实现的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

初始化巡逻消防机器人的工作参数，启动机器人行驶工作，通过双目红外摄像头获取图像，采用火场的火焰光谱图像数据，根据火焰光谱图像数据判断火场是否有火焰存在，如果无，则继续采集火焰光谱图像数据，如果有，则计算火焰距离、高度、角度和大小，根据光谱判断火焰性质，并将数据上传到服务器，服务区根据传送信息生成远程灭火控制命令，并下传值机器人，机器人根据现场采集的图像数据，行驶到火焰前方预设位置，根据服务器下达的控制命令喷射相应的灭火剂，机器人根据双目红外摄像头采集的图像数据检查火场的火焰是否熄灭，如果否，则继续采集火场的火焰光谱图像数据，并计算火焰距离、高度、角度和大小，生成控制命令，驱动机器人继续喷射相应的灭火剂，直到火焰被扑灭，进入下一次巡逻检测。

10.如权利要求9所述的智能巡逻消防机器人的控制方法，其特征在于：所述光谱判断火焰性质是按照以下步骤进行判断的：

根据传回的红外图像数据对RGB阈值进行判断，识别出符合火焰的图像RGB阈值后，将获取的火焰光谱数据进行比对，最终判断火场燃烧物的性质。

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