CN113414754B - 基于物联网的安防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于物联网的安防机器人，包括若干个巡航机器人单元和至少一个协同控制主机，所述的若干巡航机器人单元按照区域需求布置在安防区域的主干道，所述安防区域设置若干区域门禁，每一个区域门禁处至少布置一个常备机器人单元，所述的常备机器人单元、巡航机器人单元均与协同控制主机电连接并且由协同控制主机控制协同安防作业；所述的协同控制主机用于，获取巡航机器人单元或常备机器人单元发送的返回信号并且向巡航机器人单元或常备机器人单元广播式发送命令信号。

Description

基于物联网的安防机器人

技术领域

本发明是关于安防机器人的技术领域，具体是一种基于物联网的安防机器人。

背景技术

如今机器人技术已经比较成熟，尤其在现有技术中有基于物联网的安防机器人，比如现有技术中的一种基于物联网的安防机器人系统，其包括：监控设备、安防机器人和探测设备，所述安防机器人分别与所述监控设备和所述探测设备通信连接，所述监控设备用于获取其监控区域内的图像并发送给所述安防机器人，所述探测设备用于当探测到异常事件时向所述安防机器人发送预警信息，所述安防机器人用于对所述图像进行分析以及当分析结果为异常事件或接收到所述探测设备发送的预警信息时，移动至发生异常事件的区域以进行侦测或预警。安防机器人通过wifi或4G通信网络分别与所述监控设备和所述探测设备通信连接。

实质上上述的基于物联网的安防机器人系统通过安防机器人采用物联网模式与周边的监控设备与探测设备进行通信连接，实现数据共享，扩充安防机器人的感知功能与感知范围。当发生异常事件时立即预警并赶往事发地点进行处理，但是现有技术的这种机器人实质上是单机作业的，在实际的工作内容中往往是不能应付太紧急的情况的，所以这种机器人及其技术框架都需要改进。

发明内容

本发明采用下面的技术方案并解决背景技术的问题：

一种基于物联网的安防机器人，其包括若干个巡航机器人单元和至少一个协同控制主机，所述的若干巡航机器人单元按照区域需求布置在安防区域的主干道，所述安防区域设置若干区域门禁，每一个区域门禁处至少布置一个常备机器人单元，所述的常备机器人单元、巡航机器人单元均与协同控制主机电连接并且由协同控制主机控制协同安防作业；

所述的协同控制主机用于，获取巡航机器人单元或常备机器人单元发送的返回信号并且向巡航机器人单元或常备机器人单元广播式发送命令信号；

所述的巡航机器人单元用于，获取协同控制主机的命令信号并且执行，还向协同控制主机返回当前安防作业的信号；

所述的常备机器人单元用于，获取协同控制主机的命令信号并且执行，还向协同控制主机返回当前安防作业的信号。

进一步的，所述的巡航机器人单元或常备机器人单元与协同控制主机之间的通信均是基于EtherCAT网络的通信，其中的巡航机器人单元或常备机器人单元均配置为从站，其中的协同控制主机配置为主站，巡航机器人单元、常备机器人单元或协同控制主机上均配置通信控制器，其中的巡航机器人单元、常备机器人单元通信控制器采用FPGA芯片配置。

进一步的，所述的巡航机器人单元、常备机器人单元与协同控制主机上均配置有用于通信的EtherCAT的应用，巡航机器人单元、常备机器人单元与协同控制主机基于Safety over EtherCAT通信。

更进一步的，所述的若干巡航机器人单元按照区域需求布置在安防区域的主干道具体是在规划均匀规范的安防区域内按照主干道面积大小正相关配置巡航机器人单元的数量，在规划不均匀规范的安防区域内按照可藏匿安防对象区域的大小正相关配置巡航机器人单元的数量。

所述的巡航机器人单元或常备机器人单元包括驱动平台，所述的驱动平台两端外侧设置驱动轮，驱动轮至少为两个，相应的驱动平台内设置用于驱动驱动轮转动的驱动电机，所述的驱动平台中部设置主控电路板，所述的驱动平台一侧还设置扬声器、距离传感器、摄像头、红外传感器、物联网通信接口，所述的扬声器、距离传感器、摄像头、红外传感器、物联网通信接口均与主控电路板电连接，主控电路板上配置微控制器与扬声器驱动电路、距离传感器的传感信号采集电路与模数处理电路、摄像头的图像数据处理电路、红外传感器的传感信号采集电路与模数处理电路、物联网通信接口的通信配置电路与数据处理电路，主控电路板上还配置驱动电机的驱动电路，所述的驱动平台一侧还固定设置向外侧延伸的弧形安防叉，所述的安防叉用于驱赶或控制被安防对象。

进一步的，所述的物联网通信接口用于通过物联网获取用户端反馈的被安防对象位置数据，所述的主控电路板的微控制器基于反馈的被安防对象位置数据调整对驱动平台整体行进路线。

更进一步的，所述的巡航机器人单元或常备机器人单元的距离传感器、红外传感器以及驱动电机用于控制驱赶或控制被安防对象，并且具体的：首先由距离传感器、红外传感器的信号计算被安防对象相对于安防叉几何中心的位置，然后判断安防对象到安防叉几何中心的位置的向量与安防叉整体方向的夹角是否为直角，如果是直角或不是直角但不超过误差阈值则直接进行追踪动作，如果不是直角且超过误差的阈值则控制驱动平台整体旋转，且旋转时以距离被安防对象较近的驱动轮为圆心，以两个驱动轮之间的轴为半径，并且由驱动电机驱动两个驱动轮做相反的转动实现，直到安防对象到安防叉几何中心的位置的向量与安防叉整体方向的夹角为直角或不是直角但不超过误差阈值则直接进行追踪动作，进行追踪动作时由驱动电机驱动两个驱动轮做同方向的转动并驱动驱动平台靠近被安防对象。

所述的协同控制主机还与在线云服务器电连接，所述的在线云服务器被配置用于获取历史的安防数据以及其他的区域安防数据并基于历史的安防数据以及其他的区域安防数据学习被安防对象的高密度藏匿区域，然后由被安防对象的高密度藏匿区域配置更新的安防优先级。

另外，所述的在线云服务器配置以下连接的单元：安防数据图像收集单元，获取历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像，按照安防结果对历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像处理形成标签图像；安防数据图像学习单元，基于安防数据图像中的藏匿特征，利用深层卷积神经网络模型，将特征学习结果迭代更新到参数的学习过程中形成成熟的安防数据图像判别模型；安防数据指导单元，成熟的安防数据图像判别模型对需要判别的安防区域进行判断并且形成指导配置数据。

本发明的有益效果在于，本发明在实施中既可以在通常情况中同时兼顾安防区域内的巡航与门禁的安防，还可以在出现紧急情况中集中调度所有的或尽可能多的巡航机器人单元或常备机器人单元到达紧急情况现场协同安防，这样本发明可以大大提高安防的效果，既可以做到全面又可以做到集中高效。本发明中采用的EtherCAT的周期时间短，从站的微处理器不需处理以太网的封包，并且支持全面的网络拓扑灵活性好，这样可以优化巡航机器人单元或常备机器人单元与协同控制主机之间的通信。本发明的巡航机器人单元或常备机器人单元能够在确定被安防对象之后按照优化的算法和最高效的方式对被安防对象追踪：也即由驱动电机驱动两个驱动轮做同方向的转动并驱动驱动平台靠近被安防对象。

附图说明

图1是本发明实施例整体的组成示意图。

图2是本发明巡航机器人单元或常备机器人单元的结构示意图。

图3是本发明实施例中若干个巡航机器人单元或常备机器人单元的安防叉组合在一起状态示意图。

图4是本发明实施例巡航机器人单元或常备机器人单元与被安防对象的第一种相对位置示意图。

图5是本发明实施例巡航机器人单元或常备机器人单元与被安防对象的第二种相对位置示意图。

具体实施方式

在具体实施中，本发明的基于物联网的安防机器人的实施例如图1所示，其包括若干个巡航机器人单元1和至少一个协同控制主机3，所述的若干巡航机器人单元1按照区域需求布置在安防区域6的主干道，所述安防区域6设置若干区域门禁4，每一个区域门禁4处至少布置一个常备机器人单元2，所述的常备机器人单元2、巡航机器人单元1均与协同控制主机3电连接并且由协同控制主机3控制协同安防作业；所述的协同控制主机3用于，获取巡航机器人单元1或常备机器人单元2发送的返回信号并且向巡航机器人单元1或常备机器人单元2广播式发送命令信号；所述的巡航机器人单元1用于，获取协同控制主机3的命令信号并且执行，还向协同控制主机3返回当前安防作业的信号；所述的常备机器人单元2用于，获取协同控制主机3的命令信号并且执行，还向协同控制主机3返回当前安防作业的信号；在具体实施中所述的安防区域6比如是小区，安防区域6中还具有很多的楼宇建筑5，若干的楼宇建筑5之间是主干道以及绿化带等设施，通常实施中所述的巡航机器人单元1在安防区域6内进行巡航查找是否有需要安防的对象，比如小偷等，常备机器人单元2在区域门禁4处等待；当出现需要安防的紧急情况中，距离紧急情况现场最近的巡航机器人单元1或常备机器人单元2向协同控制主机3反馈，也即巡航机器人单元1或常备机器人单元2向协同控制主机3返回当前安防作业的信号，然后协同控制主机3同时或短时间内多次向巡航机器人单元1或常备机器人单元2广播式发送命令信号，从而可以指导尽可能多的巡航机器人单元1或常备机器人单元2到达紧急情况现场，比如紧急情况现场出现小偷的情况下，协同控制主机3就可以指导尽可能多的巡航机器人单元1或常备机器人单元2协同作业抓捕小偷或者驱赶小偷等。尤其是本发明在实施中既可以在通常情况中同时兼顾安防区域内的巡航与门禁的安防，还可以在出现紧急情况中集中调度所有的或尽可能多的巡航机器人单元1或常备机器人单元2到达紧急情况现场协同安防，这样本发明可以大大提高安防的效果，既可以做到全面又可以做到集中高效。

在更优选的实施中，本发明的实施例所述的巡航机器人单元1或常备机器人单元2与协同控制主机3之间的通信均是基于EtherCAT网络的通信，基于EtherCAT网络的通信框架下，其中的巡航机器人单元1或常备机器人单元2均配置为从站，其中的协同控制主机3配置为主站，巡航机器人单元1、常备机器人单元2或协同控制主机3上均配置通信控制器，其中的巡航机器人单元1、常备机器人单元2通信控制器采用FPGA芯片配置；本发明中采用的EtherCAT的周期时间短，从站的微处理器不需处理以太网的封包，并且支持全面的网络拓扑灵活性好，这样可以优化巡航机器人单元1或常备机器人单元2与协同控制主机3之间的通信，而且也可以更好支持实现前述的：所述的协同控制主机3用于，获取巡航机器人单元1或常备机器人单元2发送的返回信号并且向巡航机器人单元1或常备机器人单元2广播式发送命令信号。

在更优选的实施中，比如为了减少对硬件的配置从而也减少了技术的难度，所述的巡航机器人单元1、常备机器人单元2与协同控制主机3上均配置有用于通信的EtherCAT的应用，巡航机器人单元1、常备机器人单元2与协同控制主机3基于Safety over EtherCAT通信；这样本发明巡航机器人单元1、常备机器人单元2与协同控制主机3在实现通信中更加方便和快捷。

在更优选的实施中，本发明的所述的若干巡航机器人单元1按照区域需求布置在安防区域6的主干道具体是在规划均匀规范的安防区域6内按照主干道面积大小正相关配置巡航机器人单元1的数量，比如在实施中所述的安防区域6为小区，在小区内规划比较均匀规范的情况中，比如小区是矩形的且道路都是笔直的，则可以按照道路面积大小配置巡航机器人单元1的数量，比如道路多的地方配置较多的巡航机器人单元1相反配置较少的巡航机器人单元1，在规划不均匀规范的安防区域6内按照可藏匿安防对象区域的大小正相关配置巡航机器人单元1的数量，比如在实施中所述的安防区域6为小区，在小区内规划不均匀规范的情况中，比如小区整体是非规整的矩形且道路较多弯曲，这种情况中也可以通过微积分计算道路面积然后按照主干道面积大小正相关配置巡航机器人单元1的数量，还可以按照可藏匿安防对象区域的大小正相关配置巡航机器人单元1的数量，在安防区域6是小区的实施例中所述的可藏匿安防对象区域主要是绿化带等设施。

在更优选的实施例中，本发明的基于物联网的安防机器人的实施例包括若干个巡航机器人单元1和至少一个协同控制主机3，所述的若干巡航机器人单元1按照区域需求布置在安防区域6的主干道，所述安防区域6设置若干区域门禁4，每一个区域门禁4处至少布置一个常备机器人单元2，所述的常备机器人单元2、巡航机器人单元1均与协同控制主机3电连接并且由协同控制主机3控制协同安防作业；如图2所示的，所述的巡航机器人单元1或常备机器人单元2结构上包括驱动平台10，所述的驱动平台10两端外侧设置驱动轮12，驱动轮12至少为两个，相应的驱动平台10内设置用于驱动驱动轮12转动的驱动电机14，所述的驱动平台10中部设置主控电路板11，所述的驱动平台10一侧还设置扬声器13、距离传感器15、摄像头16、红外传感器17、物联网通信接口18，所述的扬声器13、距离传感器15、摄像头16、红外传感器17、物联网通信接口18均与主控电路板11电连接，主控电路板11上配置微控制器与扬声器13驱动电路、距离传感器15的传感信号采集电路与模数处理电路、摄像头16的图像数据处理电路、红外传感器17的传感信号采集电路与模数处理电路、物联网通信接口18的通信配置电路与数据处理电路，主控电路板11上还配置驱动电机14的驱动电路，所述的驱动平台10一侧还固定设置向外侧延伸的弧形安防叉19，所述的安防叉19用于驱赶或控制被安防对象，在实施中，所述的驱动轮12尤其是在优选实施例中是两个驱动轮12，两个驱动轮12是分别由两个驱动电机14独立驱动的，驱动轮12的转动则可以带动驱动平台10以及巡航机器人单元1或常备机器人单元2整体的移动，所述的摄像头16可以采集被安防对象的人像数据还可以采集环境数据更加方便识别，所述的距离传感器15和红外传感器17采集的被安防对象的红外和距离信号对应数据可以确定被安防对象的相对位置。

在实施中安防叉19优选坚硬的金属材质制作，若干个巡航机器人单元1或常备机器人单元2的安防叉19组合还可以对被安防对象进行合围，如图3所示的，若干个巡航机器人单元1或常备机器人单元2的安防叉19组合在一起并且相应的安防叉19相互接触形成一个小的区域可以对被安防对象进行合围，实施中安防叉19可以采用常规的金属框架实现。

在进一步的优选的实施中，所述的物联网通信接口18用于通过物联网获取用户端反馈的被安防对象位置数据，所述的主控电路板11的微控制器基于反馈的被安防对象位置数据调整对驱动平台10整体行进路线，比如实施中，安防区域6是小区则小区内所有业主的物联网交互端都可以作为用户端，物联网通信接口18通过小区的业主的物联网交互端获取小区业主反馈被安防对象位置数据。

在更优选的实施例中，所述的巡航机器人单元1或常备机器人单元2的距离传感器15、红外传感器17以及驱动电机14用于控制驱赶或控制被安防对象，并且具体的：首先由距离传感器15、红外传感器17的信号计算被安防对象相对于安防叉19几何中心的位置，然后判断安防对象到安防叉19几何中心的位置的向量与安防叉19整体方向的夹角是否为直角（如图4中，线段b与安防叉19整体方向的夹角，此时线段b比较长），如果是直角或不是直角但不超过误差阈值则直接进行追踪动作，如果不是直角且超过误差的阈值则控制驱动平台10整体旋转，且旋转时以距离被安防对象较近的驱动轮12为圆心，以两个驱动轮12之间的轴为半径，并且由驱动电机14驱动两个驱动轮12做相反的转动实现，直到安防对象到安防叉19几何中心的位置的向量与安防叉19整体方向的夹角为直角或不是直角但不超过误差阈值（如图5中，线段b与安防叉19整体方向的夹角，此时线段b最短）则直接进行追踪动作，进行追踪动作时由驱动电机14驱动两个驱动轮12做同方向的转动并驱动驱动平台10靠近被安防对象；所以在实施中，本发明的巡航机器人单元1或常备机器人单元2能够在确定被安防对象之后按照优化的算法和最高效的方式对被安防对象追踪：也即由驱动电机14驱动两个驱动轮12做同方向的转动并驱动驱动平台10靠近被安防对象。

在更优选的实施例中，所述的协同控制主机3还与在线云服务器7电连接，在实施中优选无线电连接，所述的在线云服务器7被配置用于获取历史的安防数据以及其他的区域安防数据并基于历史的安防数据以及其他的区域安防数据学习被安防对象的高密度藏匿区域，然后由被安防对象的高密度藏匿区域配置更新的安防优先级；进一步优选的实施中，所述的在线云服务器7配置以下连接的单元：安防数据图像收集单元，获取历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像，按照安防结果对历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像处理形成标签图像；安防数据图像学习单元，基于安防数据图像中的藏匿特征，利用深层卷积神经网络模型，将特征学习结果迭代更新到参数的学习过程中形成成熟的安防数据图像判别模型；安防数据指导单元，成熟的安防数据图像判别模型对需要判别的安防区域进行判断并且形成指导配置数据；在具体实施中，线云服务器7基于安防数据图像收集单元，首先获取历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像，按照安防结果对历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像处理形成标签图像；当前其中的图像处理还包括去噪、归一化等基础的处理，然后安防数据图像学习单元，基于安防数据图像中的藏匿特征，利用深层卷积神经网络模型，将特征学习结果迭代更新到参数的学习过程中形成成熟的安防数据图像判别模型；在应用中，安防数据指导单元基于成熟的安防数据图像判别模型对需要判别的安防区域进行判断并且形成指导配置数据，比如在实施中基于成熟的安防数据图像判别模型对需要指导的新区域的安防数据图像判别从而获知新区域中不同区域的安防需要等级，基于该安防需要等级再反馈指导巡航机器人单元1在安防区域优先级高的区域布置高密度安防，相反的布置低密度的安防，可以做到优选布置。

本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。可理解的是，所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (3)

1.基于物联网的安防机器人，其特征在于，包括若干个巡航机器人单元和至少一个协同控制主机，所述的若干巡航机器人单元按照区域需求布置在安防区域的主干道，所述安防区域设置若干区域门禁，每一个区域门禁处至少布置一个常备机器人单元，所述的常备机器人单元、巡航机器人单元均与协同控制主机电连接并且由协同控制主机控制协同安防作业；

所述的协同控制主机用于，获取巡航机器人单元或常备机器人单元发送的返回信号并且向巡航机器人单元或常备机器人单元广播式发送命令信号；

所述的巡航机器人单元用于，获取协同控制主机的命令信号并且执行，还向协同控制主机返回当前安防作业的信号；

所述的常备机器人单元用于，获取协同控制主机的命令信号并且执行，还向协同控制主机返回当前安防作业的信号；

所述的巡航机器人单元或常备机器人单元与协同控制主机之间的通信均是基于EtherCAT网络的通信，其中的巡航机器人单元或常备机器人单元均配置为从站，其中的协同控制主机配置为主站，巡航机器人单元、常备机器人单元或协同控制主机上均配置通信控制器，其中的巡航机器人单元、常备机器人单元通信控制器采用FPGA芯片配置；

所述的巡航机器人单元、常备机器人单元与协同控制主机上均配置有用于通信的EtherCAT的应用，巡航机器人单元、常备机器人单元与协同控制主机基于Safety overEtherCAT通信；

所述的若干巡航机器人单元按照区域需求布置在安防区域的主干道具体是在规划均匀规范的安防区域内按照主干道面积大小正相关配置巡航机器人单元的数量，在规划不均匀规范的安防区域内按照可藏匿安防对象区域的大小正相关配置巡航机器人单元的数量；

所述的巡航机器人单元或常备机器人单元包括驱动平台，所述的驱动平台两端外侧设置驱动轮，驱动轮至少为两个，相应的驱动平台内设置用于驱动驱动轮转动的驱动电机，所述的驱动平台中部设置主控电路板，所述的驱动平台一侧还设置扬声器、距离传感器、摄像头、红外传感器、物联网通信接口，所述的扬声器、距离传感器、摄像头、红外传感器、物联网通信接口均与主控电路板电连接，主控电路板上配置微控制器与扬声器驱动电路、距离传感器的传感信号采集电路与模数处理电路、摄像头的图像数据处理电路、红外传感器的传感信号采集电路与模数处理电路、物联网通信接口的通信配置电路与数据处理电路，主控电路板上还配置驱动电机的驱动电路，所述的驱动平台一侧还固定设置向外侧延伸的弧形安防叉，所述的安防叉用于驱赶或控制被安防对象；

所述的物联网通信接口用于通过物联网获取用户端反馈的被安防对象位置数据，所述的主控电路板的微控制器基于反馈的被安防对象位置数据调整驱动平台的整体行进路线；

所述的巡航机器人单元或常备机器人单元的距离传感器、红外传感器以及驱动电机用于控制驱赶或控制被安防对象，并且具体的：首先由距离传感器、红外传感器的信号计算被安防对象相对于安防叉几何中心的位置，然后判断安防对象到安防叉几何中心的位置的向量与安防叉整体方向的夹角是否为直角，如果是直角或不是直角但不超过误差阈值则直接进行追踪动作，如果不是直角且超过误差的阈值则控制驱动平台整体旋转，且旋转时以距离被安防对象较近的驱动轮为圆心，以两个驱动轮之间的轴为半径，并且由驱动电机驱动两个驱动轮做相反的转动实现，直到安防对象到安防叉几何中心的位置的向量与安防叉整体方向的夹角为直角或不是直角但不超过误差阈值则直接进行追踪动作，进行追踪动作时由驱动电机驱动两个驱动轮做同方向的转动并驱动驱动平台靠近被安防对象。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的安防机器人，其特征在于，所述的协同控制主机还与在线云服务器电连接，所述的在线云服务器被配置用于获取历史的安防数据以及其他的区域安防数据并基于历史的安防数据以及其他的区域安防数据学习被安防对象的高密度藏匿区域，然后由被安防对象的高密度藏匿区域配置更新的安防优先级。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的安防机器人，其特征在于，所述的在线云服务器配置以下连接的单元：安防数据图像收集单元，获取历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像，按照安防结果对历史的安防数据图像以及其他的区域安防数据图像处理形成标签图像；安防数据图像学习单元，基于安防数据图像中的藏匿特征，利用深层卷积神经网络模型，将特征学习结果迭代更新到参数的学习过程中形成成熟的安防数据图像判别模型；安防数据指导单元，成熟的安防数据图像判别模型对需要判别的安防区域进行判断并且形成指导配置数据。

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