CN208207557U - 一种基于物联网技术的安全侦查机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网技术的安全侦查机器人，包括机器人车载系统和后方指挥系统；传感器检测系统包括外部传感器和机器人机器人内部检测传感器；嵌入式网关平台系统包括ARM主控制器、串口扩展模块和ZigBee网络协调器，ARM主控制器通过串口扩展模块连接ZigBee网络协调器，ARM主控制器通过ZigBee网络协调器与外部传感器进行无线通讯，ARM主控制器还通过串口扩展模块有线连接机器人内部检测传感器，ARM主控制器无线连接后方指挥系统；运动控制系统包括单片机、电机驱动器和直流电机，单片机通过串口扩展模块连接ARM主控制器，单片机通过电机驱动器驱动直流电机。

Description

一种基于物联网技术的安全侦查机器人

技术领域

本实用新型是关于一种基于物联网技术的安全侦查机器人，涉及安全监测及报警技术领域。

背景技术

随着我国城市化水平的迅猛发展和现代化程度的不断提高，各种大型石化企业、地下建筑、隧道地铁等都在不断增多，化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、事故隐患发生的概率随之不断增加。这些危险场所的火灾以及由火灾引起的各类事故不断的发生，给我国带来了严重的经济损失和人员伤亡。而且事故现场往往伴随着具有毒性、易燃易爆、腐蚀性的各种危险化学品，给消防人员灭火救援带来严重的阻碍并且给自身的安全带来了严重的威胁。在没有对事故现场进行全面侦察和分析的情况下，盲目地采取行动，不仅不能取得预期的效果，而且往往会造成无辜生命的牺牲，付出惨重的代价。因此，研发一种能够代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、浓烟、缺氧等危险事故现场的安全侦查机器人，实施有效的现场侦察、化学检验和灭火救援等任务是非常有必要的。

国内消防机器人主要以程序控制履带式消防车为主，智能化升级空间巨大。早在1995年我国就研制出第一台消防灭火机器人，之后由公安部上海消防研究所、上海交通大学、上海消防局分别开展主要研究，随后相应的消防机器人研究机构纷纷成立。在2010年8月16日由公安部技术监督委员会批准发布了GA 892.1-2010《消防机器人第1部分：通用技术条件》行业标准，并于2010年10月1日起实施，其规定了消防机器人的术语和定义、分类、型号编制、功能、性能要求、试验方法等。GA 892.1-2010 标准的发布与实施，将消防机器人的研究进一步向实用化方向引导，对推动我国消防类机器人产业技术创新具有重要意义。根据GA 892.1-2010标准要求，安全侦查机器人的侦察功能应满足灾害现场实时信息采集，并向后方控制台实时传输的要求。安全侦查机器人应具有行走(直行、转弯、爬坡、越障等)、控制等基本功能，防倾覆、防碰撞等自保护功能，现场易燃易爆、有毒有害气体、环境参数(温度、湿度、风速、风向等)、图像、语音等信息采集功能，双向或冗余通信功能等。

基于上述要求，安全侦查机器人需要配备较多类型传感器，具备较强的自身防护能力和可靠的通讯联接能力，而且配备的传感器要能够随之侦察的需求而能够灵活改变。常规的移动机器人设计很难，满足上述要求，限制了安全侦查机器人的应用和发展。物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的第三次信息产业浪潮，物联网技术具有全面感知、可靠传输、智能处理三大特征，将其应用于安全侦查机器人的设计可以很好地解决上述问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种具备可靠的通讯联接能力且扩展性强的基于物联网技术的安全侦查机器人。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于物联网技术的安全侦查机器人，其特征在于，该机器人包括机器人车载系统和后方指挥系统；所述机器人车载系统包括机器人本体、传感器检测系统、嵌入式网关平台系统、运动控制系统和电源系统；所述传感器检测系统包括外部传感器和机器人内部检测传感器，所述外部传感器通过无线传感器节点方式进行布置，所述外部传感器通过搭载仓固定设置在所述机器人本体的顶部，所述搭载仓的顶部还设置有天线，所述外部传感器和天线形成移动侦察的感知网；所述机器人内部检测传感器通过有线方式进行通讯；所述嵌入式网关平台系统包括ARM主控制器、串口扩展模块和ZigBee网络协调器，所述ARM主控制器通过所述串口扩展模块连接所述ZigBee网络协调器，所述ARM主控制器通过所述 ZigBee网络协调器与所述外部传感器进行无线通讯，所述ARM主控制器无线连接所述后方指挥系统；所述运动控制系统包括单片机、电机驱动器和直流电机，所述单片机通过所述串口扩展模块连接所述ARM主控制器，所述单片机通过所述电机驱动器驱动所述直流电机；所述电源系统用于对所有用电器件进行供电。

进一步地，所述外部传感器包括温湿度传感器、气体检测传感器、风力传感器、风向传感器、距离传感器、红外热像仪和带云台摄像机，实时获取事故现场各个点的温湿度、风速、风向、烟气浓度、有毒有害气体浓度、距离和现场视频音频信息，所述温湿度传感器、气体检测传感器、风力传感器、风向传感器和距离传感器通过所述 ZigBee网络协调器与所述ARM控制器进行无线通讯；所述红外热像仪和带云台摄像机通过无线路由器无线连接所述ARM主控制器。

进一步地，所述机器人内部检测传感器包括姿态测量传感器和GPS传感器，所述姿态测量传感器器有线连接所述单片机，所述ARM主控制器还通过所述串口扩展模块有线连接所述GPS传感器。

进一步地，所述机器人本体采用履带式机器人。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型基于物联网的无线传感器节点能够自组网，保证了传感器网络中的节点个数动态增加或者减少，具有很高的可扩展性，而且还可以与其它无线传感器节点组网，扩展侦察范围。2、本实用新型采用低功耗无线传感器布置方式，可以有效地解决安全侦查机器人中传感器通信技术布线困难、布线复杂、不易扩展、可靠性低等问题。3、本实用新型基于物联网技术，可以形成机器人与机器人联网、机器人与人联网，机器人与现场预置的传感器联网，实现消防资源信息共享，从而可以为指挥员和消防战士提供全方位的、及时准确的现场信息，避免无辜生命的牺牲，保护消防战士的安全。本实用新型可以广泛应用于各种火灾现场的侦察。

附图说明

图1是本实用新型的安全侦查机器人结构示意图；

图2是本实用新型的机器人车载系统的硬件连接结构示意图；

图3是本实用新型的机器人本体模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供的基于物联网技术的安全侦查机器人，包括机器人车载系统1和后方指挥系统2。

机器人车载系统1包括机器人本体11、传感器检测系统12、嵌入式网关平台系统13和运动控制系统14。

机器人本体11可以采用履带式机器人，以此为例，不限于此，可以根据实际需要选择其他类型的机器人。

传感器检测系统12用于获取机器人本体11自身状态信息和事故现场环境信息，传感器检测系统12包括外部传感器和机器人机器人内部检测传感器，外部传感器通过无线传感器节点的方式进行布置，无线传感器节点搭载各种无线传感器实时获取事故现场环境信息，无线传感器的种类可以随着侦察任务不同选择相应的温湿度传感器、气体检测传感器、风力传感器、风向传感器、距离传感器、红外热像仪以及带云台摄像机等，通过搭载的相应无线传感器可以实时获取事故现场各个点的温湿度、风速、风向、烟气浓度、有毒有害气体浓度、距离和现场视频音频等信息。无线传感器可以通过搭载仓3固定设置在机器人本体11的顶部，搭载仓3的顶部还设置有天线4，无线传感器和天线4形成移动侦察的感知网，无线传感器边感知边通过天线4实时进行信息传送。机器人内部检测传感器用于检测机器人本体11的状态和位置，机器人内部检测传感器可以采用姿态测量传感器和GPS传感器等，机器人内部检测传感器可以采用有线方式进行数据传输。

嵌入式网关平台系统13通过无线或有线的方式相应获取事故现场以及机器人本体11自身状态信息无线发送到后方指挥系统2，为指挥员提供及时准确、全方位的现场信息，从而保证事故现场信息的准确性和时效性。嵌入式网关平台系统13包括ARM 主控制器131、串口扩展模块132和ZigBee网络协调器133，ARM主控制器131通过无线路由器连接红外热像仪和带云台摄像机进行无线通讯，ARM主控制器131通过串口扩展模块132连接ZigBee网络协调器133，ARM主控制器131通过ZigBee网络协调器133与无线传感器进行无线通讯。ARM主控制器131还通过串口扩展模块132有线连接GPS传感器，用于获取机器人本体11的位置。

运动控制系统14用于接收和解算运动控制指令，对机器人本体11进行操作和控制，完成安全侦查作业的各种动作，运动控制系统14包括单片机141、电机驱动器142 及直流电机143，单片机141通过串口扩展模块132连接ARM主控制器131，姿态测量传感器通过有线方式连接单片机141。单片机141根据ARM主控制器131发送的控制指令，输出控制直流电机的PWM信号，通过电机驱动器142进行放大后驱动直流电机 143，直流电机143通过内置编码器返回直流电机转速从而实现闭环控制。

电源系统用于对安全侦查机器人的所有用电器件进行供电，包括锂电池组、保护电路和DC-DC稳压降压电路等常规电路。

后方指挥系统2可以采用计算机无线连接ARM主控制器131，通过ARM主控制器 131远程控制机器人本体11对事故现场进行移动侦察，获得准确可靠的环境信息，并对事故现场数据进行处理和融合，为指挥员灭火救援提供辅助决策。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种基于物联网技术的安全侦查机器人，其特征在于，该机器人包括机器人车载系统和后方指挥系统；

所述机器人车载系统包括机器人本体、传感器检测系统、嵌入式网关平台系统、运动控制系统和电源系统；

所述传感器检测系统包括外部传感器和机器人内部检测传感器，所述外部传感器通过无线传感器节点方式进行布置，所述外部传感器通过搭载仓固定设置在所述机器人本体的顶部，所述搭载仓的顶部还设置有天线，所述外部传感器和天线形成移动侦察的感知网；所述机器人内部检测传感器通过有线方式进行通讯；

所述嵌入式网关平台系统包括ARM主控制器、串口扩展模块和ZigBee网络协调器，所述ARM主控制器通过所述串口扩展模块连接所述ZigBee网络协调器，所述ARM主控制器通过所述ZigBee网络协调器与所述外部传感器进行无线通讯，所述ARM主控制器无线连接所述后方指挥系统；

所述运动控制系统包括单片机、电机驱动器和直流电机，所述单片机通过所述串口扩展模块连接所述ARM主控制器，所述单片机通过所述电机驱动器驱动所述直流电机；

所述电源系统用于对所有用电器件进行供电。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的安全侦查机器人，其特征在于，所述外部传感器包括温湿度传感器、气体检测传感器、风力传感器、风向传感器、距离传感器、红外热像仪和带云台摄像机，实时获取事故现场各个点的温湿度、风速、风向、烟气浓度、有毒有害气体浓度、距离和现场视频音频信息，所述温湿度传感器、气体检测传感器、风力传感器、风向传感器和距离传感器通过所述ZigBee网络协调器与所述ARM控制器进行无线通讯；所述红外热像仪和带云台摄像机通过无线路由器无线连接所述ARM主控制器。

3.根据权利要求1或2所述的基于物联网技术的安全侦查机器人，其特征在于，所述机器人内部检测传感器包括姿态测量传感器和GPS传感器，所述姿态测量传感器器有线连接所述单片机，所述ARM主控制器还通过所述串口扩展模块有线连接所述GPS传感器。

4.根据权利要求1或2所述的基于物联网技术的安全侦查机器人，其特征在于，所述机器人本体采用履带式机器人。