CN113352287A - 用于封闭园区的安防巡逻机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于封闭园区的安防巡逻机器人，包括移动模块以及装配在移动模块上的探测模块、控制模块、执行模块和供电模块；控制模块包括与动力系统通讯连接的主控机、与主控机通讯连接的惯导以及无线通信机构，主控机通过无线通信机构与远程控制端通讯连接；探测模块包括用于采集画面的摄像头与激光雷达、用于探测烟雾信息的烟雾传感器和用于探测有毒气体的毒气传感器。采用轮式移动底盘，相对于履带式移动底盘速度快，效率高，运动噪声低，灵活性高，可在不平整地面工作环境中正常运行。摄像头、激光雷达、烟雾传感器和毒气传感器配合使用可有效的对封闭园区内进行安防巡逻。

Description

用于封闭园区的安防巡逻机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种用于封闭园区的安防巡逻机器人及其控制方法。

背景技术

目前工业园区的安防巡逻主要靠人工完成。在每一个工业园区内都会配有安防巡逻人员，特别是在夜晚，工业园区需要彻夜通电照明来进行安防工作。对于照明不良的地方，需要安防巡逻人员拿着照明设备进行巡逻，极大的浪费了人力物力。即使对于有安装摄像头的地方，监控人员也很难一直关注着监控画面，难以实现有效的安全防护工作。

巡逻机器人的出现有效解决了这种问题，而现有的巡逻机器人大都只能收集相关区域的信息并发送给远程控制端，而无法主动干涉园区内不合规的人员或车辆，除此之外，现有的机器人大都采用双轴电机配合外向轮的驱动结构，这种动力形式只适用于平坦地面，无法在地形不规整的工业园区内运动。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中不能满足工业园区安防巡逻的需求的缺陷，而提供一种用于封闭园区的安防巡逻机器人，包括用于巡逻移动的移动模块、用于探测行人、车辆、火灾信息的探测模块和信息处理模块，可有效的对封闭园区内进行安防巡逻。

本发明的另一个目的，是提供上述用于封闭园区的安防巡逻机器人的控制方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种用于封闭园区的安防巡逻机器人，包括移动模块以及装配在所述移动模块上的探测模块、控制模块、执行模块和供电模块；

所述移动模块包括移动底盘、通过独立悬挂结构装配于所述移动底盘下方的四个充气胶轮以及用于驱动所述充气胶轮的动力系统；

所述控制模块包括与所述动力系统通讯连接的主控机、与所述主控机通讯连接的惯导以及无线通信机构，所述主控机通过无线通信机构与远程控制端通讯连接；

所述探测模块包括用于采集画面的摄像头与激光雷达、用于探测烟雾信息的烟雾传感器和用于探测有毒气体的毒气传感器，所述摄像头、激光雷达、烟雾传感器和毒气传感器分别通过无线通信机构与所述主控机通讯连接；

所述执行模块包括与所述主控机通讯连接的语音提示器；

所述供电模块包括电池组、逆变器和变压器，所述电池组与所述逆变器电连接，所述逆变器与所述主控机电连接，所述逆变器通过变压器与所述惯导、摄像头、烟雾传感器、激光雷达、毒气传感器和语音提示器电连接以供电。

在上述技术方案中，所述动力系统中的驱动件为直流无刷伺服电机。

在上述技术方案中，所述移动底盘前部安装有前照灯，所述前照灯与所述动力系统中的电池单元电连接。

在上述技术方案中，所述移动底盘左右两侧均设有急停开关，所述急停开关与所述动力系统电连接。

在上述技术方案中，所述移动底盘四周安装有安全防撞管。

在上述技术方案中，所述移动底盘上设置有用于连接所述主控机的第一电气通讯接口，所述第一电气通讯接口与所述动力系统电连接。

在上述技术方案中，所述移动底盘的尾部设置有第二电气通讯接口用于升级所述动力系统。

在上述技术方案中，所述移动底盘上安装有支撑框架，所述支撑框架包括顶板、中间隔板和底板以及之间的支撑立柱，所述摄像头、激光雷达、烟雾传感器、毒气传感器和语音提示器装配于所述顶板上；

所述逆变器、变压器、惯导和插板设置在中间隔板上；所述主控机和所述电池组设置在所述底板上。

在上述技术方案中，所述逆变器采用纯正弦波逆变器。

本发明的另一方面，上述安防巡逻机器人的控制方法，惯导通过主控机将定位导航信息传输至动力系统，所述动力系统根据接收到的定位导航信息驱动移动模块运动；

当摄像头探测到行人时进行人脸识别、探测到车辆时进行车牌识别，并将识别信息发送给主控机，如果主控机识别结果为非授权人员或非授权车辆，通过无线通信机构向远程控制端传递警报信息，并且所述主控机给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出驱赶提示音；

所述远程控制端可通过无线通信机构向所述主控机发送命令，所述主控机再给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出提示人员或车辆规范行为的提示音；

毒气传感器探测毒气浓度并通过无线通信机构向主控机发送毒气浓度信息，主控机接收毒气浓度信息后进行分析判断，当判断结果为超过安全阈值时，主控机通过无线通信机构向远程控制端发送警报信息，同时所述主控机给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出警报提示音；

当摄像头和烟雾传感器识别到火灾画面和烟雾信息后，摄像头和烟雾传感器分别通过无线通信机构将火灾画面和烟雾信息传输至主控机进行实时分析处理，并将分析处理结果通过无线通信机构传输至远程控制端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明移动模块采用轮式移动底盘，采用充气胶轮与独立悬挂的复合设计，相对于履带式移动底盘速度快，效率高，运动噪声低，灵活性高，可在不平整地面工作环境中正常运行。移动底盘采用直流无刷伺服电机，速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，良好的线性调节特性、快速的时间响应。

2.本发明通过摄像头和烟雾传感器的配合使用，不仅可以进行车牌识别和人脸识别，还可以进行火灾险情检测。增设激光雷达，和摄像头配合进行感知识别，采用激光雷达识别具有极高的分辨率、抗干扰能力强、获取的信息量丰富、可全天时工作。有效的加强了工业园区的安全性。

3.本发明的毒气传感器可探测毒气浓度，当其超过阈值时，向远程控制端发送警报信息，适用于化工工业园区，安全系数高。

4.语音提示器的设置，可通过远程控制端向该机器人发送指令信息，提示行人或车辆在固定区域内行动，提示工作人员佩戴安全防护工具，交互性更强。

附图说明

图1所示为移动底盘的前侧视图；

图2所示为移动底盘后侧视图；

图3所示为探测模块和信息处理模块及支撑框架的安装结构图；

图4所示为模块连接示意图。

图中：1-充气胶轮，2-独立悬挂，3-前照灯，4-急停开关，5-安全防撞管，6-第一电气通讯接口，7-标准型材支架，8-电池仓，9-尾部防撞管，10-第二电气通讯接口，11-顶部固定板，12-顶部舱室面板，13-主控机，14-电池组，15-逆变器，16-变压器，17-惯导，18-无线模块，19-摄像头，20-烟雾传感器，21-插板，22-支撑框架，22-1-顶板，22-2-中间隔板，22-3-底板。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种用于封闭园区的安防巡逻机器人，包括用于巡逻移动的移动模块以及装配在所述移动模块上的探测模块、控制模块、执行模块和供电模块；

所述移动模块包括移动底盘、通过独立悬挂结构装配于所述移动底盘下方的四个充气胶轮以及用于驱动所述充气胶轮的动力系统；所述移动底盘采用阿克曼模型可编程UGV，动力系统中的驱动件为直流无刷伺服电机，采用阿克曼转向设计，在动力模块上采用充气胶轮1与独立悬挂2的复合设计，再加上动力强劲的直流无刷伺服电机(动力电池位于移动底盘的电池仓8内)，使得本安防巡逻机器人具有很强的通过性和地面适应性，可在不同的地面灵活运动。

所述探测模块包括用于采集画面的摄像头19与激光雷达、用于探测烟雾信息的烟雾传感器20和用于探测有毒气体的毒气传感器，所述摄像头、激光雷达、烟雾传感器和毒气传感器分别通过无线通信机构与所述主控机通讯连接。通过探测模块中各传感器的配合使用，不仅可以进行车牌识别和人脸识别，还可以进行火灾险情检测以及有毒气体检测，有效的加强了工业园区的安全性。

激光雷达和摄像头配合进行感知识别，采用激光雷达识别具有极高的分辨率、抗干扰能力强、获取的信息量丰富、可全天时工作。摄像头可在良好可见度环境中采集图像数据，激光雷达在雾天或是灰尘环境中也可采集清楚的图像数据，可根据环境不同可切换使用两者，更加适用于工业生产环境。

所述控制模块包括与所述动力系统通讯连接的主控机13、与所述主控机通讯连接的惯导17和无线通信机构18；所述主控机通过无线通信机构与远程控制端通讯连接；

所述探测模块包括用于采集画面的摄像头与激光雷达、用于探测烟雾信息的烟雾传感器和用于探测有毒气体的毒气传感器，所述摄像头、激光雷达、烟雾传感器和毒气传感器分别通过无线通信机构与所述主控机通讯连接；

所述执行模块包括与所述主控机通讯连接的语音提示器；

所述供电模块包括电池组14、将所述电池组14内的直流电转化成纯正弦波交流电的逆变器15和将交流电转化成可供各部件工作电压的变压器16以及插板21，所述逆变器15与所述主控机电连接以供电，所述逆变器通过变压器与所述惯导、摄像头、烟雾传感器、激光雷达、毒气传感器和语音提示器电连接以供电。

上述安防巡逻机器人的控制方法，惯导通过主控机将定位导航信息传输至动力系统，所述动力系统根据接收到的定位导航信息驱动移动模块运动；

当摄像头探测到行人时进行人脸识别、探测到车辆时进行车牌识别，并将识别信息发送给主控机，如果主控机识别结果为非授权人员或非授权车辆，通过无线通信机构向远程控制端传递警报信息，并且所述主控机给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出驱赶提示音；

所述远程控制端可通过无线通信机构向所述主控机发送命令，所述主控机再给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出提示人员或车辆规范行为的提示音；

毒气传感器探测毒气浓度并通过无线通信机构向主控机发送毒气浓度信息，主控机接收毒气浓度信息后进行分析判断，当判断结果为超过安全阈值时，主控机通过无线通信机构向远程控制端发送警报信息，同时所述主控机给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出警报提示音；

当摄像头和烟雾传感器识别到火灾画面和烟雾信息后，摄像头和烟雾传感器分别通过无线通信机构将火灾画面和烟雾信息传输至主控机进行实时分析处理，并将分析处理结果通过无线通信机构传输至远程控制端。

上述用于封闭园区的安防巡逻机器人，采用轮式移动底盘，相对于履带式移动底盘速度快，效率高，运动噪声低，灵活性高。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上介绍其移动底盘。

作为优选，所述动力系统中的驱动件为直流无刷伺服电机，速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，良好的线性调节特性、快速的时间响应。

作为优选，如图1所示，所述移动底盘前部安装有前照灯3，所述前照灯与所述动力系统中的电池单元电连接，即电池仓8内的动力电池；进行照明，方便夜晚工作。

作为优选，所述移动底盘左右两侧安装有急停开关4，所述急停开关与所述动力系统电连接，可在紧急情况时进行紧急停车操作。

作为优选，所述移动底盘四周安装有安全防撞管5，以保证安防巡逻机器人的安全。

作为优选，所述移动底盘上设置有用于连接所述主控机的第一电气通讯接口6，与主控机13连接。

作为优选，如图2所示，所述移动底盘的尾部设置有第二电气通讯接口10，为DB9串口，可用于固件升级使用。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上介绍其支撑框架。

所述移动底盘上安装有支撑框架22，如图2所示，所述移动底盘上安装有标准型材支撑框架7和顶部固定板11，所述顶部固定板固定在顶部仓室面板12上，所述支撑框架底部安装在所述标准型材支撑框架7和顶部固定板11上。所述支撑框架22如图3所示，包括顶板22-1、中间隔板22-2和底板22-3以及之间的支撑立柱。

所述摄像头19、烟雾传感器20、激光雷达、毒气传感器和语音提示器(图中未画出)装配于所述顶板22-1上；，位于所述支撑框架22的最顶端，有利于信息探测和识别；所述纯正弦波逆变器15、变压器16、惯导17、无线通信机构18和插板21设置在中间隔板22-2上；重量较重的所述主控机13和所述电池组14设置在所述底板22-3上，有利于支撑框架22的整体稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于封闭园区的安防巡逻机器人，其特征在于，包括移动模块以及装配在所述移动模块上的探测模块、控制模块、执行模块和供电模块；

所述移动模块包括移动底盘、通过独立悬挂结构装配于所述移动底盘下方的四个充气胶轮以及用于驱动所述充气胶轮的动力系统；

所述控制模块包括与所述动力系统通讯连接的主控机、与所述主控机通讯连接的惯导以及无线通信机构，所述主控机通过无线通信机构与远程控制端通讯连接；

所述探测模块包括用于采集画面的摄像头与激光雷达、用于探测烟雾信息的烟雾传感器和用于探测有毒气体的毒气传感器，所述摄像头、激光雷达、烟雾传感器和毒气传感器分别通过无线通信机构与所述主控机通讯连接；

所述执行模块包括与所述主控机通讯连接的语音提示器；

所述供电模块包括电池组、逆变器和变压器，所述电池组与所述逆变器电连接，所述逆变器与所述主控机电连接，所述逆变器通过变压器与所述惯导、摄像头、烟雾传感器、激光雷达、毒气传感器和语音提示器电连接以供电。

2.如权利要求1所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述动力系统中的驱动件为直流无刷伺服电机。

3.如权利要求1所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述移动底盘前部安装有前照灯，所述前照灯与所述动力系统中的电池单元电连接。

4.如权利要求1所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述移动底盘左右两侧均设有急停开关，所述急停开关与所述动力系统电连接。

5.如权利要求1所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述移动底盘四周安装有安全防撞管。

6.如权利要求1所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述移动底盘上设置有用于连接所述主控机的第一电气通讯接口，所述第一电气通讯接口与所述动力系统电连接。

7.如权利要求1所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述移动底盘的尾部设置有第二电气通讯接口用于升级所述动力系统。

8.如权利要求7所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述移动底盘上安装有支撑框架，所述支撑框架包括顶板、中间隔板和底板以及之间的支撑立柱，所述摄像头、激光雷达、烟雾传感器、毒气传感器和语音提示器装配于所述顶板上；

所述逆变器、变压器、惯导和插板设置在中间隔板上；所述主控机和所述电池组设置在所述底板上。

9.如权利要求1所述的安防巡逻机器人，其特征在于，所述逆变器采用纯正弦波逆变器。

10.如权利要求1-9任一项所述的安防巡逻机器人的控制方法，其特征在于，惯导通过主控机将定位导航信息传输至动力系统，所述动力系统根据接收到的定位导航信息驱动移动模块运动；

当摄像头探测到行人时进行人脸识别、探测到车辆时进行车牌识别，并将识别信息发送给主控机，如果主控机识别结果为非授权人员或非授权车辆，通过无线通信机构向远程控制端传递警报信息，并且所述主控机给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出驱赶提示音；

所述远程控制端可通过无线通信机构向所述主控机发送命令，所述主控机再给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出提示人员或车辆规范行为的提示音；

毒气传感器探测毒气浓度并通过无线通信机构向主控机发送毒气浓度信息，主控机接收毒气浓度信息后进行分析判断，当判断结果为超过安全阈值时，主控机通过无线通信机构向远程控制端发送警报信息，同时所述主控机给所述语音提示器发送提示指令，所述语音提示器发出警报提示音；

当摄像头和烟雾传感器识别到火灾画面和烟雾信息后，摄像头和烟雾传感器分别通过无线通信机构将火灾画面和烟雾信息传输至主控机进行实时分析处理，并将分析处理结果通过无线通信机构传输至远程控制端。

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