CN207858845U - 实验室夜间巡逻机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种实验室夜间巡逻机器人，包括机器人头部、躯干部、检测臂和底盘，头部的顶部设有热释红外摄像头，头部的前部设置有声音检测装置，所述声音检测装置下方还设置有声光报警器；检测臂上设置温度检测器、气体检测器和烟雾检测器；所述躯干部包括主控制模块、信号转换模块、分析模块、通讯模块、图像识别模块和驱动模块；机器人身体各组件与头部各部件对应连接构成立体机器人。本实用新型的实验室夜间巡逻机器人可以随时监控实验室内的声音、气体、温度、烟雾情况，还具有摄像监控功能，在检测到异常情况时自动开启声光报警器，请保安人员进行排查，杜绝事故发生。

Description

实验室夜间巡逻机器人

技术领域

本实用新型具体涉及一种实验室夜间巡逻机器人。

背景技术

化学实验室有很多实验仪器，鉴于化学反应均需要一定的时间，因此，夜间仍有很多实验仪器处于开启状态，一些加热反应、回流反应、制冷反应或产气反应都有可能需要过夜反应，因此，在化学类的科研实验室中，夜间都需要有夜间巡逻人员值班，以便随时观察反应仪器是否运转良好，防止实验事故的发生。

很多实验事故的发生都是由于操作人员的粗心，对仪器检查不仔细、物料泄露等造成的，化学反应存在一定的危险性，因此夜间巡逻人员的工作具有一定的危险性，遇到爆炸或者有害气体泄露等情况，巡逻人员的生命将受到威胁。

目前，已经有一些巡逻机器人技术公开，如专利CN201610466962.5所公开的种智能化安防巡逻装置，包括遥控小车、控制器和电脑主机，支撑板上设置有人脸识别摄像头，遥控小车支架上还设有电动云台，支撑板上方设有自动变焦摄像头，支撑板下部设有发射装置,支架上还设有LED灯和照度传感器。上述技术方案主要功能是根据监控画面和变倍变焦摄像头上传回来的照片快速及时的做出有效动作，主要是对人的监控，无法实现实验室巡逻功能。

鉴于此，设计一种可以辅助完成实验室夜间巡逻工作的机器人，随时监测实验室内的气体成分、温度状况和仪器运转情况，及时发现危急情况并寻求救助发出警报的老实验室夜间巡逻机器人，不仅可以分担夜间值班的辛苦还可以大大降低夜间巡逻人员的工作危险性，具有非常重要的应用价值。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的化学实验室夜间巡逻工作危险性高、强度大的问题，本实用新型提供了一种实验室夜间巡逻机器人。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种实验室夜间巡逻机器人，包括机器人头部、躯干部、检测臂和底盘，所述头部安装于躯干部上方，所述躯干部安装于底盘上方，所述检测臂安装在躯干部的左右两侧，所述头部内设有两个舵机，分别控制头部左右和上下的转动，头部的顶部设有两个左右对称布置的可360o旋转的热释红外摄像头，头部的前部设置有声音检测装置，所述声音检测装置下方还设置有声光报警器；

所述检测臂自上而下依次设置温度检测器、气体检测器和烟雾检测器；

所述躯干部分为外壳和内部，所述躯干部的外壳的前面装有红外测距传感器、超声测距传感器和用于设置巡逻信息的操作面板；

所述躯干部的内部包括主控制模块、信号转换模块、分析模块、通讯模块、图像识别模块和驱动模块；

所述声音检测装置、温度检测器、气体检测器和烟雾检测器的输出信号送至分析模块，所述分析模块用于分析声音检测装置、温度检测器、气体检测器和烟雾检测器的检测数据，找出异常数据，并将分析结果发送至信号转换模块进行信号转换；

所述图像识别模块用于接收和识别热释红外摄像头采集的信息；

所述通讯模块由蓝牙无线通信模块和3G/4G无线通信模块组成；

所述红外测距传感器、超声测距传感器、信号转换模块和图像识别模块将信息通过通讯模块发送到主控制模块；

所述主控制模块为嵌入式操作系统，操作面板设置的指令通过通讯模块发送至主控制模块，所述主控制模块通过通讯模块向声光报警器和驱动模块传送控制指令；

所述底盘包括电源系统、开关和行走机构，所述行走机构由底盘外壳、两个驱动轮、前后各一个弹性万向轮、电机、伺服舵机组成，所述电机和伺服舵机由驱动模块控制。

具体地，本实用新型所述的实验室夜间巡逻机器人中，所述的操作面板为TFT多点可触摸液晶屏。

具体地，本实用新型所述的实验室夜间巡逻机器人中，还包括LED照明系统，所述LED照明系统根据主控制模块设定的照明时间自动开启和关闭。

具体地，本实用新型所述的实验室夜间巡逻机器人中，所述底盘外壳上装有防跌倒装置，所述防跌倒装置是红外测距传感器。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的机器人可以辅助完成实验室夜间巡逻工作，具备实验室声音、气体、温度、烟雾情况，和摄像监控功能，可以随时监测实验室内的状况；

2、本实用新型的机器人具备警报功能，可以在检测到异常情况时自动开启声光报警器，请保安人员进行危险排查，杜绝事故发生；

3、本实用新型的机器人具备自动避障行走功能，可以根据设定的巡逻范围，自动完成巡逻工作。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的实验室夜间巡逻机器人的整体结构示意图；

图2是本实用新型的实验室夜间巡逻机器人的底盘结构示意图；

图3是本实用新型的实验室夜间巡逻机器人的控制关系示意图；

图中：1-头部、2-躯干部、3-检测臂、4-底盘、5-舵机、6-热释红外摄像头、7-声音检测装置、8-声光报警器、9-温度检测器、10-气体检测器、11-烟雾检测器、12-外壳、 13-内部、14-红外测距传感器、15-超声测距传感器、16-操作面板、17-主控制模块、18- 信号转换模块、19-分析模块、20-通讯模块、21-图像识别模块、22-驱动模块、23-蓝牙无线通信模块、24-3G/4G无线通信模块、25-电源系统、26-开关、27-行走机构、28-底盘外壳、29-驱动轮、30-万向轮、31-电机、32-伺服舵机、33-LED照明系统、34-防跌倒装置。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1：

如图1-3所示的一种实验室夜间巡逻机器人，包括机器人头部1、躯干部2、检测臂3和底盘4，头部1安装于躯干部2上方，躯干部2安装于底盘4上方，检测臂3安装在躯干部 2的左右两侧，头部1内设有两个舵机5，分别控制头部左右和上下的转动，头部1的顶部设有两个左右对称布置的可360°旋转的热释红外摄像头6，头部1的前部设置有声音检测装置7，声音检测装置7下方还设置有声光报警器8。

机器人的头部采用仿人形的设计，由内部骨架和外壳组成，头部骨架采用两个可控转角舵机，可以让头部在机身不动的情况下上下和左右转动。

检测臂3自上而下依次设置温度检测器9、气体检测器10和烟雾检测器11。躯干部2分为外壳12和内部13，躯干部的外壳12的前面装有红外测距传感器14、超声测距传感器 15和用于设置巡逻信息的操作面板16。本实施例中操作面板16为TFT多点可触摸液晶屏。躯干部2的内部13包括主控制模块17、信号转换模块18、分析模块19、通讯模块20、图像识别模块21和驱动模块22。

声音检测装置7、温度检测器9、气体检测器10和烟雾检测器11的检测信号发送至分析模块19，分析模块19用于分析声音检测装置7、温度检测器9、气体检测器10和烟雾检测器11的检测数据，找出异常数据，并将分析结果发送至信号转换模块18进行信号转换。图像识别模块21用于接收和识别热释红外摄像头6采集的信息。通讯模块20由蓝牙无线通信模块23和3G/4G无线通信模块24组成；红外测距传感器14、超声测距传感器15、信号转换模块18和图像识别模块21将信息通过通讯模块20中的蓝牙无线通信模块23发送到主控制模块17。

主控制模块17为嵌入式操作系统，操作面板16设置的指令通过通讯模块20发送至主控制模块17，主控制模块17通过通讯模块20向声光报警器8和驱动模块22传送控制指令，本实施例中使用的主控制模块为AT91SAM9263芯片。

3G/4G无线通信模块24用于与监控室电脑进行通信，以便于随存储巡检信息和便于保安监控查看试验区情况。

底盘包括电源系统25、开关26和行走机构27，行走机构27由底盘外壳28、两个驱动轮29、前后各一个弹性万向轮30、电机31、伺服舵机32组成，电机31和伺服舵机32由驱动模块22控制。底盘外壳上装有防跌倒装置37，防跌倒装置是红外测距传感器。

实验室夜间巡逻机器人，还包括LED照明系统33，LED照明系统根据主控制模块17设定的照明时间自动开启和关闭。

身体部骨架采用金属钣金制作，在满足使用性能的要求下尽量使其轻量化，这里选用铝合金钣材制作。

红外测距传感器和超声测距传感器设置在机器人身体部的外壳表面，可以检测机器人运行过程中的各种物体。红外测距传感器发出的光的波长大约在几百纳米范围内，是短波长的电磁波。红外传感器不受电磁波的干扰、非噪声源、可实现非接触性测量。超声波测距传感器可以探测到近距离能到2cm，远距离可达4m，精度达到0.3cm，的障碍物，能稳定可靠的测量正前方遮挡物的距离。主控制器根据红外测距传感器和超声测距传感器测算信息即可根据当前正前方遮挡物距离来控制驱动模块，使机器人前进、后退或转向。

机器人底盘结构如图2所示，其中底盘外壳采用金属钣金制作。底盘行走机构采用充电电池供电，电机带动驱动轮转动，万向轮进行导向并对机器人形成支撑，在底座壳体的下端面安装有个向下发射的红外测距传感器，可以感知前方是否有凹坑以避开。机器人如果采用三轮传动方案时，重心在地面上的投影与两个驱动轮轴线太近，而重心高度又太高，导致机器人运行时绕此轴倾倒。为此，本实用新型将三轮行走机构改成四轮行走机构以增加其稳定性，如图2所示。机器人的四轮行走方案也存在行走中一个轮被架空的缺陷，使驱动力不足和通过障碍物的能力减弱，所以特将前转向轮设计成弹性轮，可以上下伸缩。这样可在不平地面或者遇到小的障碍物的时候改善其通过性能。

电源系统包括充电电池和充电插口，所述充电插口为USB插口或、12V的直流电源充电接口。

实验室夜间巡逻机器人中，还配有自动充电装置，自动充电装置通过红外接收装置寻找充电座，并利用余电行驶到充电座处进行对接充电。

在实际使用中，本实用新型实际的使用情况如下：

根据需要通过控制面板预先设定指定时间进行实验室特定区域的巡逻和LED照明系统照明时间，到达指定时间后，主控制器控制驱动模块使机器人自动进入巡逻区。红外测距传感器和超声测距传感器可以使机器人在行进过程中避开障碍物。

进入实验柜台区，声音检测装置、温度检测器、气体检测器和烟雾检测器分别进行相应检测，查看是否有仪器运行异常、试验区温度是否正常、有无有害气体泄漏、是否有着火位置，检测信号发送至分析模块，分析模块分析检测数据，找出异常数据，并将分析结果发送至信号转换模块进行信号转换。图像识别模块用于接收和识别热释红外摄像头采集的信息，监控是否有异常的人员进入试验区。通讯模块包含蓝牙无线通信模块；红外测距传感器、超声测距传感器、信号转换模块和图像识别模块将信息通过通讯模块中的蓝牙无线通信模块发送到主控制模块。主控制模块通过通讯模块向驱动模块和声光报警器传送控制指令。控制地盘运动机构按照预定路线进行巡逻，在有实验室异常发生时，启动声光报警，提示保安人员进行排查。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种实验室夜间巡逻机器人，包括机器人头部(1)、躯干部(2)、检测臂(3)和底盘(4)，所述头部(1)安装于躯干部(2)上方，所述躯干部(2)安装于底盘(4)上方，所述检测臂(3)安装在躯干部(2)的左右两侧，其特征在于，

所述头部(1)内设有两个舵机(5)，分别控制头部左右和上下的转动，头部(1)的顶部设有两个左右对称布置的可360°旋转的热释红外摄像头(6)，头部(1)的前部设置有声音检测装置(7)，所述声音检测装置(7)下方还设置有声光报警器(8)；

所述检测臂(3)自上而下依次设置温度检测器(9)、气体检测器(10)和烟雾检测器(11)；

所述躯干部(2)分为外壳(12)和内部(13)，所述躯干部的外壳(12)的前面装有红外测距传感器(14)、超声测距传感器(15)和用于设置巡逻信息的操作面板(16)；

所述躯干部(2)的内部(13)包括主控制模块(17)、信号转换模块(18)、分析模块(19)、通讯模块(20)、图像识别模块(21)和驱动模块(22)；

所述声音检测装置(7)、温度检测器(9)、气体检测器(10)和烟雾检测器(11)的检测信号发送至分析模块(19)，所述分析模块(19)用于分析声音检测装置(7)、温度检测器(9)、气体检测器(10)和烟雾检测器(11)的检测数据，找出异常数据，并将分析结果发送至信号转换模块(18)进行信号转换；

所述图像识别模块(21)用于接收和识别热释红外摄像头(6)采集的信息；

所述通讯模块(20)由蓝牙无线通信模块(23)和3G/4G无线通信模块(24)组成；

所述红外测距传感器(14)、超声测距传感器(15)、信号转换模块(18)和图像识别模块(21)将信息通过通讯模块(20)发送到主控制模块(17)；

所述主控制模块(17)为嵌入式操作系统，操作面板(16)设置的指令通过通讯模块(20)发送至主控制模块(17)，所述主控制模块(17)通过通讯模块(20)向声光报警器(8)和驱动模块(22)传送控制指令；

所述底盘包括电源系统(25)、开关(26)和行走机构(27)，所述行走机构(27)由底盘外壳(28)、两个驱动轮(29)、前后各一个弹性万向轮(30)、电机(31)、伺服舵机(32)组成，所述电机(31)和伺服舵机(32)由驱动模块(22)控制。

2.根据权利要求1所述的实验室夜间巡逻机器人，其特征在于：所述的操作面板(16)为TFT多点可触摸液晶屏。

3.根据权利要求1所述的实验室夜间巡逻机器人，其特征在于：还包括LED照明系统(33)，所述LED照明系统根据主控制模块(17)设定的照明时间自动开启和关闭。

4.根据权利要求1所述的实验室夜间巡逻机器人，其特征在于，所述底盘(4)外壳上装有防跌倒装置(34)，所述防跌倒装置(34)是红外测距传感器。