CN115006765A - 一种机器人快速灭火方法及快速灭火机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人快速灭火方法及快速灭火机器人，属于智能灭火机器人技术领域，在机器人监测到火源时，摄像头归零，并自动调整摄像头与机器人车体上喷嘴的相对位置，使摄像头与喷嘴正对火源保持在一条竖直线上；对摄像头获取的火源图像进行二维定位得到其平面位置信息，并对目标火源进行定位；实时调整摄像头高度及俯仰角度，并控制机器人移动方向，保证机器人在移动的过程中对火源的持续精准定位，同时计算机器人到火源的距离；毫米波雷达控制机器人自适应调节向火源移动的速度，当机器人移动到疑似火源处，启动灭火装置灭火。本发明具有较高的火源定位精度及较好的实施持续监测性能，能够自适应调节速度实现在不同环境条件下的快速灭火。
Description
技术领域
本发明涉及智能灭火机器人技术领域，具体地说是一种机器人快速灭火方法及快速灭火机器人。
背景技术
在发生火灾时，对火源进行精准定位、快速灭火可以有效地降低由火灾引起的损失。现有的智能灭火方法基本都可以实现火源定位、自动灭火的功能，但存在火源定位精度不高、实时性较差、灭火效率不高等问题。如传统的独立式烟感灭火方法缺少视频联动，无法及时了解火情，为事中监控、事后侦查提供视频依据；将各类所需消防信息链接起来的智慧消防联动系统，虽然具有较高的实时监控性能，但对于火源的定位精度及灭火效率不高；基于数字图像识别技术以及基于传感器的自动灭火方法(如图像型消防水炮、智能消防炮)探测火源速率较低、稳定性较差，环境自适用性较差，易受外界环境干扰，存在较高误报概率。
综上所述，现有智能灭火方法存在的主要缺点如下：对火源定位精度不高、稳定性较差；很难做到对火源实时持续监测；环境自适应性较差，易受外界环境干扰。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种机器人快速灭火方法及快速灭火机器人，具有较高的火源定位精度及较好的实施持续监测性能，能够自适应调节速度实现在不同环境条件下的快速灭火。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种机器人快速灭火方法，采用毫米波雷达并结合机器视觉实现快速机器人灭火，结合安装在机器人顶部的摄像头控制该机器人移动的方向和移动距离，通过毫米波雷达控制该机器人移动速度；
该方法实现过程如下：
在机器人监测到火源时，摄像头归零，并自动调整摄像头与机器人车体上喷嘴的相对位置，使摄像头与喷嘴正对火源保持在一条竖直线上；
对摄像头获取的火源图像进行二维定位得到其平面位置信息，并对目标火源进行定位；
实时调整摄像头高度及俯仰角度，并控制机器人移动方向，保证机器人在移动的过程中对火源的持续精准定位，同时计算机器人到火源的距离；
毫米波雷达控制机器人自适应调节向火源移动的速度，当机器人移动到疑似火源的有效灭火点处，启动灭火装置，通过喷嘴进行灭火。
优选的，所述摄像头置于可俯仰转动云台上，转动云台转动控制摄像头监测周围环境是否有疑似火源；
转动云台上的摄像头检测到火源后，转动云台带动摄像头按一定角度反向转动数次，同时安装有喷嘴的机器人车体相对所述摄像头转动，转动至摄像头与喷嘴喷口正对火源在一条竖直线上。
优选的，检测到火源，摄像头与机器人车体同时相向转动，若在摄像头向右转动45°时检测到有疑似火源，则摄像头向左转动，同时机器人车体向右转动；
为保证对摄像头与喷嘴在一条直线及对目标火源定位的稳定性，摄像头分多次向左转动，每次转动5°。
优选的，所述对摄像头获取的火源图像进行二维定位得到其平面位置信息，并对目标火源进行定位，调整摄像头使火源处于摄像头二维图像的中间像素范围，确定火源在图像中的XY位置信息，对目标火进行定位。
摄像头二维图像中，左上角为坐标原点，观察检测到的目标火源在图像中的位置，如若图像共有600像素，目标火源位于400像素，则调整摄像头使目标火源处于250到350像素范围内，使火源处于图像中间像素位置，完成对目标火源的二维平面定位。
优选的，所述对目标火源进行定位，调整目标火源处于图像中间位置后，摄像头、火源与机器人构成一个直角三角形模型，根据已知的摄像头相对地面的高度H及摄像头的俯仰角α利用直角三角形正切公式L＝H*tanα，计算出机器人到火源的距离L；改变摄像头的高度及俯仰角度，再次计算距离，对多次得到的距离取平均值，实现火源的高精度定位。
进一步的，机器人向火源移动过程中，L变小，则持续向下调整摄像头角度，保证目标火源始终处于摄像头二维图像中间像素范围；
同时，移动过程中，毫米波避障雷达发送雷达信号及接收、处理返回的回波信号，计算距离，机器人根据得到的距离自动调整合适的移动速度。
进一步的，毫米波雷达发射信号，经过时间τ后，接收到目标反射回来的信号，得到其频率差为Sτ，即可得到中频信号频率f0：
f0＝Sτ
式中，S为信号的斜率，τ为延时时间。
其中延时时间τ用目标距离d表示：
τ＝2d/c
式中，d为雷达与目标之间的距离，c为光速。
则由信号频率f0可得到目标与雷达之间的距离，即：
f0＝Sτ＝S2d/c
d＝f0c/2S
根据得到的距离d，控制机器人自动调节合适的移动速度。
优选的，所述根据得到的距离d，控制机器人自动调节合适的移动速度：
当火源大于10米，检测到10米内没有障碍时，自动设置移动速度为1000mm/s；当检测到6米内没有障碍时，自动设置移动速度为700mm/s，当检测到3米内没有障碍时，自动设置移动速度为400mm/s。
本发明还要求保护一种快速灭火机器人，其包括机器人车体、固定于机器人车体上部的高度调节装置、可转动安装在高度调节装置顶部的摄像头，以及固定安装的毫米波雷达；
所述机器人车体上设置有喷嘴，所述摄像头可水平转动并可俯仰转动；
该快速灭火机器人通过上述的机器人快速灭火方法实现灭火，其过程包括：
1)、转动摄像头检测火源；
2)、检测到火源，摄像头归零；
3)、调整摄像头俯仰角，使火源处于图像中间；
4)、计算机器人至火源的距离；
5)、机器人向火源移动；
6)、摄像头控制移动方向及距离；毫米波雷达控制移动速度；
7)、移动至有效灭火点，停止移动，开启灭火。
优选的，所述摄像头通过可俯仰转动云台安装在高度调节装置上，所述毫米波雷达固定安装在所述可俯仰转动云台上、与所述摄像头处于同一平面并位于同一竖直方向中线上。
本发明的一种机器人快速灭火方法及快速灭火机器人与现有技术相比，具有以下有益效果：
本方法使用摄像头检测并定位火源，能够在火灾初期实现对火源的及时监测与快速定位；通过调整摄像头的高度及俯仰角度，多次计算机器人至火源的距离，从而得到机器人至火源高精度距离，对火源的定位精度更高；同时，该发明使用毫米波避障雷达控制机器人自动调节移动速度，受周围环境影响较小，适用场景更广。
使用本方法，火源定位快、精度高，实时性好，环境适应性强，能够在复杂环境中实现快速灭火。
附图说明
图1是本发明一种实施例提供的机器人快速灭火方法流程示图；
图2是本发明一种实施例提供的机器人快速灭火方法通过毫米波雷达控制移动速度的流程示图；
图3本发明一种实施例提供的机器人快速灭火方法通过摄像头对火源定位并测距的原理示图；
图4是本发明一种实施例提供的快速灭火机器人的结构示图。
图中，1、火源，2、摄像头，3、转动云台，4、毫米波雷达，5、喷嘴，6、高度调节装置。
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。
本发明实施例提供了一种机器人快速灭火方法，采用毫米波雷达并结合机器视觉实现快速机器人灭火，结合安装在机器人顶部的摄像头控制该机器人移动的方向和移动距离，通过毫米波雷达控制该机器人移动速度：
在机器人监测到火源时，摄像头归零，并自动调整摄像头与机器人车体上喷嘴的相对位置，使摄像头与喷嘴正对火源保持在一条竖直线上；
对摄像头获取的火源图像进行二维定位得到其平面位置信息，并对目标火源进行定位；
实时调整摄像头高度及俯仰角度，并控制机器人移动方向，保证机器人在移动的过程中对火源的持续精准定位，同时计算机器人到火源的距离；
毫米波雷达控制机器人自适应调节向火源移动的速度，当机器人移动到疑似火源的有效灭火点处，启动灭火装置，通过喷嘴进行灭火。
本实施例中，所述摄像头置于可俯仰转动云台上，转动云台转动控制摄像头监测周围环境是否有疑似火源；转动云台上的摄像头检测到火源后，转动云台带动摄像头按一定角度反向转动数次，同时安装有喷嘴的机器人车体相对所述摄像头转动，转动至摄像头与喷嘴喷口正对火源在一条竖直线上。
本方法具体实现方案如下：
1)、转动云台转动控制摄像头检测周围是否有疑似火源。
摄像头安装在可俯仰转动的转动云台上，转动云台转动控制摄像头检测周围环境是否有疑似火源，若有，则进行步骤2)。
2)、检测到火源，摄像头与机器人车体同时相向转动，摄像头归零。
若在摄像头向右转动45°时检测到有疑似火源，则摄像头向左转动，同时机器人车体向右转动，为保证对摄像头与喷嘴在一条直线及对目标火源定位的稳定性，摄像头分多次向左转动，每次转动5°。
3)、调整摄像头使火源处于摄像头二维图像的中间像素范围，确定火源在图像中的XY位置信息，对目标火源进行定位。
摄像头二维图像中，左上角为坐标原点，观察检测到的目标火源在图像中的位置，如若图像共有600像素，目标火源位于400像素，则调整摄像头使目标火源处于250到350像素范围内。使火源处于图像中间像素位置，完成对目标火源的二维平面定位。
4)、多次调整摄像头的高度及俯仰角度控制机器人移动的方向，同时计算机器人到目标火源的距离。
调整目标火源处于二维图像中间像素范围，摄像头、火源与机器人构成一个直角三角形模型，得出摄像头的俯仰角度α及摄像头高度H，由直角三角形正切公式：
L＝H*tanα
计算机器人到目标火源的距离L1，改变摄像头的俯仰角度α及高度H，再次根据正切公式计算机器人到目标火源的距离L2，计算L1和L2的平均值，作为机器人至目标火源的距离L，即
L＝(L1+L2)/2
5)、毫米波避障雷达控制机器人调节移动速度，摄像头持续对火源定位计算机器人至火源的距离。
机器人向火源移动过程中，L变小，则持续向下调整摄像头角度，保证目标火源始终处于摄像头二维图像中间像素范围；同时，移动过程中，毫米波避障雷达发送雷达信号及接收、处理返回的回波信号，计算距离，机器人根据得到的距离自动调整合适的移动速度。
毫米波雷达发射天线发射信号，经过时间τ后，接收天线收到目标反射回来的信号，其频率差为Sτ，即可得到中频信号。
其频率f0为：
f0＝Sτ
式中，S为信号的斜率，τ为延时时间。
其中延时时间τ用目标距离d表示，即：
τ＝2d/c
式中，d为雷达与目标之间的距离，c为光速。
则，由信号频率f0即可得到目标与雷达之间的距离，即：
f0＝Sτ＝S2d/c
d＝f0c/2S
根据得到的距离d，控制机器人自动调节合适的移动速度。如当检测到10米内没有障碍时，自动设置移动速度为1000mm/s，(火源大于10米)；当检测到6米内没有障碍时，自动设置移动速度为700mm/s，当检测到3米内没有障碍时，自动设置移动速度为400mm/s。
6)、机器人移动至有效灭火点，开启灭火装置，完成灭火任务。
机器人持续向火源靠近，摄像头向下俯视的角度越来越大，当达到一定角度时，利用角度与摄像头高度计算出机器人至火源的距离值(如2.5米)处于有效灭火范围(如5米以内)内，则机器人停止前进，开启灭火器，完成灭火任务。
本方法不仅能实现对火源的快速、精确定位，还能在机器人向火源靠近过程中，实时控制机器人移动的方向、距离和速度，实现对火源的快速灭火。
本发明实施例还提供了一种快速灭火机器人，参考图4所示，其包括机器人车体、固定于机器人车体上部的高度调节装置6、可转动安装在高度调节装置6顶部的摄像头2，以及固定安装的毫米波雷达4；
所述机器人车体上设置有喷嘴5，所述摄像头2可水平转动并可俯仰转动。
本实施例中，所述摄像头2通过可俯仰转动云台3安装在高度调节装置6上，所述毫米波雷达4固定安装在所述可俯仰转动云台3上、与所述摄像头2处于同一平面并位于同一竖直方向中线上。
该快速灭火机器人通过上述实施例中所述的机器人快速灭火方法实现灭火，其过程包括：
1)、转动云台控制摄像头检测火源；
2)、检测到火源，摄像头归零；
3)、调整摄像头俯仰角，使火源处于图像中间；
4)、计算机器人至火源的距离；
5)、机器人向火源移动；
6)、摄像头控制移动方向及距离；毫米波雷达控制移动速度；
7)、移动至有效灭火点，停止移动，开启灭火。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
Claims (10)
1.一种机器人快速灭火方法，其特征在于，采用毫米波雷达并结合机器视觉实现快速机器人灭火，结合安装在机器人顶部的摄像头控制该机器人移动的方向和移动距离，通过毫米波雷达控制该机器人移动速度；
该方法实现过程如下：
在机器人监测到火源时，摄像头归零，并自动调整摄像头与机器人车体上喷嘴的相对位置，使摄像头与喷嘴正对火源保持在一条竖直线上；
对摄像头获取的火源图像进行二维定位得到其平面位置信息，并对目标火源进行定位；
实时调整摄像头高度及俯仰角度，并控制机器人移动方向，保证机器人在移动的过程中对火源的持续精准定位，同时计算机器人到火源的距离；
毫米波雷达控制机器人自适应调节向火源移动的速度，当机器人移动到疑似火源的有效灭火点处，启动灭火装置，通过喷嘴进行灭火。
2.根据权利要求1所述的一种机器人快速灭火方法，其特征在于所述摄像头置于可俯仰转动云台上，转动云台转动控制摄像头监测周围环境是否有疑似火源；
转动云台上的摄像头检测到火源后，转动云台带动摄像头按一定角度反向转动数次，同时安装有喷嘴的机器人车体相对所述摄像头转动，转动至摄像头与喷嘴喷口正对火源在一条竖直线上。
3.根据权利要求1或2所述的一种机器人快速灭火方法，其特征在于检测到火源，摄像头与机器人车体同时相向转动，若在摄像头向右转动45°时检测到有疑似火源，则摄像头向左转动，同时机器人车体向右转动；
为保证对摄像头与喷嘴在一条直线及对目标火源定位的稳定性，摄像头分多次向左转动，每次转动5°。
4.根据权利要求1所述的一种机器人快速灭火方法，其特征在于所述对摄像头获取的火源图像进行二维定位得到其平面位置信息，并对目标火源进行定位，调整摄像头使火源处于摄像头二维图像的中间像素范围，确定火源在图像中的XY位置信息，对目标火进行定位。
5.根据权利要求1或4所述的一种机器人快速灭火方法，其特征在于，所述对目标火源进行定位，调整目标火源处于图像中间位置后，摄像头、火源与机器人构成一个直角三角形模型，根据已知的摄像头相对地面的高度H及摄像头的俯仰角α利用直角三角形正切公式L＝H*tanα，计算出机器人到火源的距离L；改变摄像头的高度及俯仰角度，再次计算距离，对多次得到的距离取平均值，实现火源的高精度定位。
6.根据权利要求5所述的一种机器人快速灭火方法，其特征在于机器人向火源移动过程中，L变小，则持续向下调整摄像头角度，保证目标火源始终处于摄像头二维图像中间像素范围；
同时，移动过程中，毫米波避障雷达发送雷达信号及接收、处理返回的回波信号，计算距离，机器人根据得到的距离自动调整合适的移动速度。
7.根据权利要求6所述的一种机器人快速灭火方法，其特征在于毫米波雷达发射信号，经过时间τ后，接收到目标反射回来的信号，得到其频率差为Sτ，即可得到中频信号频率f0：
f0＝Sτ
式中，S为信号的斜率，τ为延时时间。
其中延时时间τ用目标距离d表示：
τ＝2d/c
式中，d为雷达与目标之间的距离，c为光速。
则由信号频率f0可得到目标与雷达之间的距离，即：
f0＝Sτ＝S2d/c
d＝f0c/2S
根据得到的距离d，控制机器人自动调节合适的移动速度。
8.根据权利要求7所述的一种机器人快速灭火方法，其特征在于所述根据得到的距离d，控制机器人自动调节合适的移动速度：
当火源大于10米，检测到10米内没有障碍时，自动设置移动速度为1000mm/s；当检测到6米内没有障碍时，自动设置移动速度为700mm/s，当检测到3米内没有障碍时，自动设置移动速度为400mm/s。
9.一种快速灭火机器人，其特征在于包括机器人车体、固定于机器人车体上部的高度调节装置、可转动安装在高度调节装置顶部的摄像头，以及固定安装的毫米波雷达；
所述机器人车体上设置有喷嘴，所述摄像头可水平转动并可俯仰转动；
该快速灭火机器人通过权利要求1至8任一项所述的机器人快速灭火方法实现灭火，其过程包括：
1)、转动摄像头检测火源；
2)、检测到火源，摄像头归零；
3)、调整摄像头俯仰角，使火源处于图像中间；
4)、计算机器人至火源的距离；
5)、机器人向火源移动；
6)、摄像头控制移动方向及距离；毫米波雷达控制移动速度；
7)、移动至有效灭火点，停止移动，开启灭火。
10.根据权利要求9所述的一种快速灭火机器人，其特征在于所述摄像头通过可俯仰转动云台安装在高度调节装置上，所述毫米波雷达固定安装在所述可俯仰转动云台上、与所述摄像头处于同一平面并位于同一竖直方向中线上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 250014 17th floor, unit 1, phase II office building, Zhongjian cultural city, 16 Wenhua East Road, Lixia District, Jinan City, Shandong Province Applicant after: THE SECOND CONSTRUCTION LIMITED COMPANY OF CHINA CONSTRUCTION EIGHTH ENGINEERING DIVISION Address before: 250014 18th floor, Zhongjian building, No.16, Wenhua East Road, Lixia District, Jinan City, Shandong Province Applicant before: THE SECOND CONSTRUCTION LIMITED COMPANY OF CHINA CONSTRUCTION EIGHTH ENGINEERING DIVISION |
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| GR01 | Patent grant | ||
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