CN212352097U - 一种家用智能巡逻机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于嵌入式单片机、机械设计技术与安全技术领域，具体的是涉及一种家用智能巡逻机器人，其属于家庭安全技术领域。该家用智能巡逻机器人包括车体、控制模块及检测模块；车体包括底盘，以及安装在底盘上的四个移动车轮；控制模块包括一单片机，该单片机置于底盘上，用于信号的接受与控制指令的发出；检测模块均设置在底盘上，包括摄像头、MQ‑9传感器、DHT11温湿度传感器及火焰传感器。将以上结构结合在一起，通过智能控制与机械结构相结合的方式，进而实现了防盗、防火、防煤气泄漏、室内温湿度检测及调节等一系列功能。

Description

一种家用智能巡逻机器人

技术领域

本实用新型属于嵌入式单片机、机械设计技术与安全技术领域，具体的是涉及一种家用智能巡逻机器人。

背景技术

随着社会的高速发展，为了紧跟时代的步伐，人们普遍处在快节奏的生活当中，家庭安全成为了人们日益关注的问题，而相对落后的家庭安全设施条件已无法满足人们日渐增长的安全需求，针对这一需求，目前没有合理有效的解决方案。

实用新型内容

为了满足人们对于家庭安全的需求，本实用新型提供一种家用智能巡逻机器人。该家用智能巡逻机器人能够实现防盗、防火、防煤气泄漏、室内温湿度的检测及调节等一系列功能。具体的，本技术方案提供了一种家用智能巡逻机器人，包括车体、控制模块及检测模块；

所述的车体包括底盘，以及安装在底盘上的多个移动车轮；

所述的控制模块包括一单片机，该单片机置于底盘上，用于信号的接受与控制指令的发出；

所述的检测模块均设置在底盘上，包括摄像头、MQ-9传感器、DHT11温湿度传感器及火焰传感器。其中MQ-9传感器、DHT11温湿度传感器及火焰传感器分别与单片机进行信号连接，摄像头与手机端连接。

进一步的，所述的车轮分别通过一悬挂系统固定在底盘上，该悬挂系统包括一倾斜设计的电机安装座，该安装座包括两个相对设置的安装板与护壳板，二者的上端与下端分别通过铜柱连接，电机安装座的上端穿过穿孔并高于底盘；底盘上设有一组相对设置的光轴固定座，一光轴穿过电机安装座的上部切两端固定在光轴固定座上，以此将电机固定座悬挂在底盘上；

还包括一避震器，该避震器斜卧在电机安装座上，避震器下端可旋转的固定在电机安装座下部的铜柱上，上端可旋转的固定在一避震器安装座上，该避震器安装座同样固定在底盘上。该结构用于车体的减震，让车体在快速停止或越障碍时起到缓冲的作用。

进一步的，所述的摄像头通过云台结构固定在底盘上，该云台结构具有底部云台轴承，云台轴承外围固定有固定板，固定板上固定有旋转支座，该旋转支座具有两个支撑侧板，一套筒一端可旋转的固定在一侧板上，另一端与电机连接，电机固定在另一侧板上；摄像头固定在套筒内。

进一步的，火焰传感器设置在套筒内。

进一步的，所述的底盘上还设有一防碰撞装置，包括，在底盘的左右及后边边缘处分别设有一光电开关以及在底盘上设有的激光雷达。

进一步的，还包括一防跌落装置，该装置包括在底盘前后左右边缘处分设一向前突出的固定板，超声波传感器安装在固定板下部。

进一步的，还包括一灭火装置，该灭火装置包括一灭火器，所述灭火器通过安装支座安装在底盘上，灭火器的左侧固定一光轴，灭火器的右侧设有一电机，电机上部设有联轴器，联轴器上部连接一丝杠，丝杠与光轴的头端分别固定在上挡板上，一带有丝杠螺母的下挡板位于上挡板下部，且可以沿着光轴与丝杠进行上下滑动；另在上挡板下部安装一触点开关，同时对应的在下档板下部光轴上也按装一触点开关。

家用智能巡逻机器人可通过自带的摄像头自动识别使用者、陌生人，一旦检测到有陌生人进入家中，可自动发出预警并以短信形式发送给使用者。同时，它也可通过自身携带的多种传感器对火焰、煤气、室内温湿度进行相应的检测，并且及时做出相应的安全措施。

附图说明

图1为本实用新型装置整体结构的立体结构示意图；

图2为本实用新型装置整体结构右视图；

图3为本实用新型装置整体结构主视图；

图4为本实用新型提供的云台摄像头的结构示意图；

图5为本实用新型提供的灭火装置的结构示意图；

图6为本实用新型提供的悬挂系统的结构示意图；

图7为本实用新型提供的门窗控制器装置的结构示意图；

图中，1-底盘，2-车轮，3-摄像头，4-MQ-9传感器，5-温湿度传感器，6-火焰传感器，7-电机安装座，71-安装板，72-护壳板，8-铜柱，9-车轮电机，10-光轴固定座，11-卧式光轴固定座A，12-避震器，13-避震器安装座，14-光电开关，15-光电开关固定座，16-雷达，17-固定板，18-超声波传感器，19-支座，20-门窗电机，21-丝杠螺母固定座，22-云台轴承，23-云台轴承固定板，24-旋转支座，25-套筒，26-GM3510电机，27-灭火器，28-安装支座，29-光轴，30-灭火器电机，31-丝杠，32-丝杠螺母，33-法兰轴承，34-上挡板，35-下挡板，36-触点开关A，37-触点开关B，38-联轴器，39-丝杠A，40-卧式光轴固定座B，41-车轮联轴器，42-舵机。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1-3，本实用新型提供了一种家用智能巡逻机器人，包括车体、控制模块及检测模块；

车体包括底盘1，以及安装在底盘1上的四个移动车轮2；

控制模块包括一单片机，该单片机置于底盘上，用于信号的接受与控制指令的发出；

所述的检测模块均设置在底盘1上，包括摄像头3、MQ-9传感器4、DHT11温湿度传感器5及火焰传感器6。其中MQ-9传感器、DHT11温湿度传感器及火焰传感器分别与单片机进行信号连接，摄像头与手机端通信连接。

该机器人的车轮2，这里采用麦克纳姆轮，分别通过一悬挂系统固定在底盘上1，参考图6，该悬挂系统包括一倾斜设计的电机安装座7，这里面对应要在底盘上开有穿孔，电机安装座7的上端穿过穿孔并高于底盘1，该电机安装座7包括两个相对设置的安装板71与护壳板72，二者的上端与下端分别通过铜柱8连接，即铜柱8一端安装在安装板71所对应定位孔上，另一端安装在护壳板72所对应定位孔上，车轮电机9安装在电机的安装板71所对应定位孔上，车轮2通过联轴器41与车轮电机9连接。底盘1上设有一组相对设置的光轴固定座10，车轮电机9的安装板71的一端固定着卧式光轴固定座A11，卧式光轴固定座A11中套有光轴42，光轴两端分别穿过安装板71与护壳板72后固定在光轴固定座10上，以此将车轮电机固定座悬挂在底盘1上。麦克纳姆轮与车轮电机分别安装在车轮固定座的两端，车轮与电机输出端连接，车轮电机9运转带动车轮行走实现传动。

该悬挂系统还包括一避震器12，该避震器12斜卧在倾斜的电机安装座7上，为了让悬挂系统置于纵向有一个自由度，避震器12下端可旋转的固定在电机安装座7下部的铜柱8上，上端可旋转的固定在一避震器安装座13上，该避震器安装座13同样通过螺栓固定在底盘1上。该悬挂结构用于车体的减震，让车体在快速停止或越障碍时起到缓冲的作用。

作为方案的改进，在底盘1上还设有一防碰撞装置，防碰撞装置是由光电开关14、光电开关安装固定座15、YDLIDAR F4激光雷达16构成，DLIDAR F4激光雷达16固定在底盘下的正前方处，由于激光雷达16扫描的视角有限，所以额外附加光电开关14，光电开关14安装在光电开关固定座15上，光电开关固定座14安装在底盘左右边缘侧及后边边缘侧；家用智能巡逻机器人可通过激光雷达16就可以对室内进行扫描成像，帮助我们的机器人进行巡逻检测，而且会自动躲避障碍物，而借助光电开关对边缘环境作出相应的检测，进而避障，光电开关的作用是在激光雷达未扫到的视角上而附加的，它只是起到辅助的作用。该防碰撞装置还包括一miniPC，YDLIDAR F4激光雷达以300hz的速度采集周围环境信息，然后将数据以USB连接的方式发送给miniPC通过SLAM算法进行地图构建，再与光电开关配合，机器人就能清楚地知道它现在所在的位置及周围的障碍物的方位，然后miniPC将行动指令通过串口发送给单片机，单片机进行解码计算，产生PWM波，通过驱动电路对车体电机进行控制，进而控制车轮的走向，从而实现避障，通过左右车轮的差速运动，该机器人可实现原地左右旋转、前进、后退等功能。

本机器人还包括一防跌落装置，该装置包括在底盘前后左右边缘处分设一向前突出的超出车体边界尺寸的固定板17，及超声波传感器18，超声波传感器18安装在固定板17下部。借助超声波传感器18对地面环境作出相应的检测，预先在单片机中设定检测限定值，当机器人行进至台阶边缘时，借助超声波测得机器人与地面之间的距离，当超过限定值时，向单片机控制器发送信号，单片机通过产生PWM波，驱动电路对车体的每个车轮电机分别进行控制，控制左右车轮的差速运动及正反转，进而控制机器人车轮的转向，从而实现防止跌落的目的。

对于燃气泄漏的检测采用MQ-9传感器4，MQ-9传感器4通过一支座19固定在底盘1的右侧上。预先在单片机上设定燃气浓度的极限值，该MQ-9传感器检测到燃气的浓度超过极限值后，自动把检测的信息反馈给单片机，进而控制机器人将煤气泄漏的信息以短信形式发送给使用者手机客户端，与此同时，机器人可自动发送指令，通过连在同一WIFI下的WIFI模块进行数据通信，自动打开窗户，散发煤气。

对于空气质量检测采用DHT11温湿度检测传感器5，为了让DHT11温湿度检测传感器5更好地检测室内的温湿度，将其置于底盘右侧上。基于此，本方案提供了一个空气质量调节装置，参考图7，与温湿度检测传感器5配合调节室内空气质量，是采用门窗控制器装置，该装置是由窗户、丝杠A39、丝杆螺母、联轴器38、门窗电机20、门窗电机固定座构成。门窗电机固定座安装在窗户滑道的侧边，联轴器用于连接门窗电机的输出头、丝杠，丝杆螺母、丝杆螺母的固定座21固定在可移动的窗户边缘处。当家用智能巡逻机器人通过温湿度传感器检测到的温度和湿度不在设定的最适环境温湿度范围内时，该机器人会通过连在同一WIFI下的WIFI模块进行数据通信，让单片机驱动门窗电机20来控制丝杠旋转，进而打开窗户；等室内的温度和湿度在设定的最适环境温湿度范围内时，单片机驱门窗电机20来控制丝杠旋转，进而关闭窗户，以保证室内环境的最适温湿度。

本技术方案中的单片机型号为STM32F407单片机的安装采用底盘下部的中间处安装着载线壳，载线壳是由一个底板、四个侧板而构成，板与板连接是通过角码来固定，载线壳的作用是装载着STM32F407单片机、电机的电调、陀螺仪等，为了更好的布局线路，在底盘上进行雕刻一些矩形，目的是让线路从底盘下部贯穿到底盘上部；同时底盘上还设有电池支架，用于存放电池为巡逻机器人进行充电。

作为方案的改进，参考图4，摄像头通过云台结构固定在底盘上，摄像头为OpenMV摄像头，该云台结构具有底部云台轴承22及，云台轴承22外围固定有固定板23，固定板23上固定有旋转支座24，该旋转支座具有两个支撑侧板，一套筒25一端可旋转的固定在一侧板上，另一端与GM3510电机26连接，GM3510电机26固定在另一侧板上；摄像头3固定在套筒25内。

驱动云台结构旋转的是舵机42，舵机固定在底盘1的下部，该舵机连接有舵盘，舵盘的一端固定在云台轴承内固定板上，另一端固定在舵机的输出头上。摄像头的支架形成：旋转支座左右两端通过角码连接分别固定着两支撑侧板，一侧板固定着GM3510电机的一端，GM3510电机的另一端固定着OpenMV摄像头的套筒，另一侧板固定着法兰轴承，通过螺丝固定OpenMV摄像头套筒的一端，OpenMV摄像头的套筒里固定着OpenMV摄像头3、火焰传感器6，为了更好地识别到火焰，所以将火焰传感器6置于摄像头的套筒里。舵机控制云台摄像头装置的左右旋转，GM3510电机与摄像头的套筒一端连接，用于控制摄像头的上下旋转，由此可以实现摄像头的全方位旋转。智能巡逻机器人可通过该OpenMV摄像头的图像识别，自动识别使用者、陌生人，一旦检测到有陌生人进入家中，可自动发出预警并将拍摄到的陌生人脸部信息发送给使用者手机客户端，从而实现防盗功能。(该部分功能检测与目前所用摄像头监控器等原理相同)

作为方案的改进，参考图5，还包括一灭火装置，该灭火装置包括一灭火器27，所述灭火器27通过安装支座28安装在底盘1上，灭火器27的左侧固定一光轴29，光轴下部通过卧式光轴固定座B40固定在底盘上。灭火器27的右侧设有一电机30，电机30上部设有联轴器，联轴器上部连接一丝杠31，丝杠31与灭火器光轴29的头端分别通过一法兰轴承33固定在上挡板34上，一带有丝杠螺母的下挡板35位于上挡板34下部，且可以沿着光轴29与丝杠进行上下滑动；另在上挡，34下部安装一触点开关A36，同时对应的在下档板35下部光轴上也按装一触点开关B37。在丝杠上套有丝杆螺母32的下挡板可在丝杠31上进行上下滑动，以此来控制灭火器的工作状态

丝杠上设置有上临界高度和下临界高度，上临界高度即为当灭火器处于不工作状态时的高度，下临界高度即为当灭火器处于正常工作状态时所能按压的最低高度。当室内烟雾浓度达到烟雾传感器的警报值，火焰传感器检测到室内存在明火时，将检测信号传输给单片机。家用智能巡逻机器人用其自带的OpenMV摄像头旋转开始寻找着火点，与此同时机器人可边行走，边捕捉着火点，一旦捕捉到着火点，进而灭火。家用智能巡逻机器人找到着火点时，STM32F407单片机驱动灭火结构上的电机来控制丝杠旋转，使下挡板开始下滑，按压灭火器开始灭火。一旦下挡板触碰到下临界高度处设置的触点开关，下挡板即停止下滑。家用智能巡逻机器人的摄像头检测到着火点已被灭火时，其内部控制电路使下挡板开始上移，当下挡板触碰到上临界高度处设置的触点开关，下挡板即停止上移，此时灭火器停止工作，即家用智能巡逻机器人完成灭火工作。机器人一旦识别到火灾发生，它解决的方案有两种：一、机器人立即发出警报，并将紧急信息以短信形式发送给使用者；二、该机器人自带灭火器，能自动灭火，但其灭火器结构有一定的缺陷，它只能在限定的高度范围内进行灭火，超过了它一定的范围内，即灭火不成功；

上面对本实用新型的实施方式做了简要说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种家用智能巡逻机器人，其特征在于：包括车体、控制模块及检测模块，控制模块与检测模块均设置在底盘上，

所述的车体包括底盘，以及安装在底盘上的多个移动车轮；

所述的控制模块包括一单片机，用于信号的接受与控制指令的发出；

所述的检测模块，包括摄像头、MQ-9传感器、DHT11温湿度传感器及火焰传感器，其中MQ-9传感器、DHT11温湿度传感器及火焰传感器分别与单片机进行信号连接，摄像头与手机端连接；

还包括一灭火装置，该灭火装置包括一灭火器，所述灭火器通过安装座安装在底盘上，灭火器的左侧固定一光轴，灭火器的右侧设有一电机，电机上部设有联轴器，联轴器上部连接一丝杠，丝杠与光轴的头端分别固定在上挡板上，一带有丝杠螺母的下挡板套在光轴及丝杠上位于上挡板下部，且可以沿着光轴与丝杠进行上下滑动；另在上挡板下部安装一触点开关，同时对应的在下档板下部光轴上也安装一触点开关。

2.如权利要求1所述的一种家用智能巡逻机器人，其特征在于：所述的车轮分别通过一悬挂系统固定在底盘上，该悬挂系统包括一倾斜设计的电机安装座，该安装座上下两端设有连接铜柱；还包括固定在底盘上的一组光轴固定座，一光轴穿过电机安装座的上部且两端固定在光轴固定座上，以此将电机固定座悬挂在底盘上；

还包括一避震器，该避震器斜卧在电机安装座上，避震器下端可旋转的固定在电机安装座下部的铜柱上，上端可旋转的固定在一避震器安装座上，该避震器安装座同样固定在底盘上。

3.如权利要求1所述的一种家用智能巡逻机器人，其特征在于：所述的摄像头通过云台结构固定在底盘上，该云台结构具有底部云台轴承，云台轴承外围固定有固定板，固定板上固定有旋转支座，该旋转支座具有两个支撑侧板，一套筒一端可旋转的固定在一侧板上，另一端与电机连接，电机固定在另一侧板上；摄像头固定在套筒内。

4.如权利要求1所述的一种家用智能巡逻机器人，其特征在于：所述的底盘上还设有一防碰撞装置，包括，在底盘的左右及后边边缘处分别设有一光电开关以及在底盘上设有的激光雷达。

5.如权利要求1所述的一种家用智能巡逻机器人，其特征在于：还包括一防跌落装置，该装置包括在底盘前后左右边缘处分设一向前突出的固定板，超声波传感器安装在固定板下部。

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