CN212471486U - 基于树莓派的安保巡逻机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于树莓派的安保巡逻机器人，包括步进电机、电驱动器、树莓派、电机轮、万向轮、摄像头、红外对管、电压比较器、杜邦线、集线器、干电池和锂电池。本实用新型采用树莓派与机器人的机械结构相结合，树莓派拥有网络存储能力，即使机器人被人为破坏或者被劫走，其视频记录仍然能安全保存在服务器端，并向主人报警和定位窃贼的位置。一定程度上降低家用安保的费用，同样也解决了成年人日常上班而无法顾及家中老人孩子的情况，结合树莓派、摄像头、红外避障等功能，安保巡逻机器人可以实现自动巡航和手动操作两种模式，也可以识别区分家庭成员的人脸与陌生人的人脸，还可以将视频流上传到局域网同时也保存在树莓派内存中。

Description

基于树莓派的安保巡逻机器人

技术领域

本实用新型是基于树莓派的安保机器人，属于计算机科学与技术领域。

背景技术

目前的家用安保设备多为固定的摄像头与报警器等等，这一类的安保设备有着不少的缺陷，以摄像头举例，现今摄像头的发展已经到了很高的水准，其在性能上的优异展现在高像素、高清晰度、高流畅度，以及使用本地内存存储视频，以达到调取历史视频的功能。但无论何种摄像头，都不可以进行移动，所以通常作为家用安保的摄像头，需要每一个房间都配置上该设备，这种情况下摄像头单方面的功能就显得冗余，通常带来的结果就是高昂的价格和繁琐的安装，摄像头单个市场价格150-2000元不等，安装多个摄像头也不是经济实惠的选择。报警器大多是以开关传感、红外传感、动态捕捉传感为主，当检测到非法入侵后会提醒使用者，其原理是在主人离开家后，报警器开始运行程序，实时监控家中的情况。报警器虽然性能稳定，但模式死板，缺乏直观的可视化图像供用户参考。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计并实现一个稳定的多功能安保巡逻机器人，一定程度上降低家用安保的费用，同样也解决了成年人日常上班而无法顾及家中老人孩子的情况，结合树莓派、摄像头、红外避障等功能，安保巡逻机器人可以实现自动巡航和手动操作两种模式，也可以识别区分家庭成员的人脸与陌生人的人脸，还可以将视频流上传到局域网同时也保存在树莓派内存中。

本实用新型采用的技术方案为基于树莓派的安保巡逻机器人，包括步进电机1、电驱动器2、树莓派3、电机轮4、万向轮5、摄像头 6、红外对管7、电压比较器8、杜邦线9、集线器10、干电池11和锂电池12。

电驱动器2为步进电机1的控制开关，步进电机1与电机轮4连接，电机轮4为安保巡逻机器人的驱动轮；两个电机轮4对称布置，两个万向轮5也对称布置，两个电机轮4的连线与两个万向轮5的连线垂直；电驱动器2、摄像头6和电压比较器8均与树莓派3连接；各个红外对管7分散布置在安保巡逻机器人的底部，用于对周围环境进行识别，各个红外对管7与电压比较器8相连接。

进一步地，电驱动器2、摄像头6和电压比较器8均通过杜邦线 9与集线器10连接，树莓派3与集线器10相连接。

进一步地，树莓派3由干电池11进行供电。

进一步地，步进电机1由锂电池12进行供电。

与现有技术相比较，本实用新型采用树莓派与机器人的机械结构相结合，使得该安保机器人拥有超越同类机器人的计算能力。其优势在于树莓派可以搭载更为复杂的巡逻算法和环境认知算法，并且可以通过互联网对现有的各种软件系统进行迭代更新(多数安保机器人不具备联网更新能力)，保证了本安保巡逻机器人有可持续发展潜能，以远超同类安保机器人。

树莓派拥有网络存储能力，即使机器人被人为破坏或者被劫走，其视频记录仍然能安全保存在服务器端，并向主人报警和定位窃贼的位置。

附图说明

图1为安保巡逻机器人的正视图。

图2为安保巡逻机器人的俯视图。

图3为安保巡逻机器人的底部图。

图4为安保巡逻机器人的后视图。

图5为树莓派的功能架构示意图。

图中：1、步进电机，2、电驱动器，3、树莓派，4、电机轮，5、万向轮，6、摄像头，7、红外对管，8、电压比较器，9、杜邦线，10、集线器，11、干电池，12、锂电池。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型结构进行详细说明。

需要特别说明的是，树莓派作为本实用新型结构的核心控制单元，其技术功能是集成的，本实用新型的技术在于利用了树莓派的功能，该功能的实现借助于一般技术手段，而不是依靠程序或算法。本实用新型是一整套完整的机械结构，借助相关的功能模块进行实现。下述的描述中出现的算法、软件等描述，仅仅是便于本领域技术人员或者一般技术人员了解该技术的具体实施，而技术实施并不以此为主要依据。

安保巡逻机器人具有三层结构，分别为底层、顶层、中层。

基于树莓派的安保巡逻机器人，包括行动机制系统、视觉系统、避障系统；

基于机械系统的功能设计包含：自动或手动巡航功能、人脸识别功能、视频流传输功能。

在行动机制系统中，使用了两个电机轮4和两个万向轮5作为机械结构，此部分位于底层，四点支撑极大提升了稳定性，其中步进电机1和电驱动器2作为主要组成部分，电驱动器2采用L298N电驱。通过树莓派3的gpio接口进行对步进电机1的转动控制，步进电机1通过轴承带动电机轮4，使得安保机器人在万向轮5和电机轮4的配合下做到差速转向、不同转弯半径的控制要求。

在视觉系统中，摄像头6使用ov5647摄像头作为主要组成部分，其最高分辨率达到2592×1944以满足安保需求，ov5647摄像头使用排线与树莓派3连接，使得树莓派3获取安保机器人的视觉视频，该系统是安保机器人较为重要的一部分，能提供直观的图像情况。

在避障系统中，使用红外对管7搭配电压比较器8，电压比较器8使用LM339电压比较器，该避障系统的原理是发射红外线碰撞到物体返回，红外对管7中的感光电阻会出现变化，进而电压比较器8 感知到返回电压变化从而判断红外对管7前方是否有物体，电压比较器8将数据上交给树莓派3，树莓派3调动行动机制系统，改变行进方向避开障碍物。

下图5中除机械系统的部分，为外部系统对安保机器人的支持，以满足机械系统的功能设计。

自动(手动)巡航功能提供了两种对安保机器人的操作方式，其一是设置安保机器人自动巡航，利用行动机制系统和避障系统，安保机器人会在房间内自动巡逻；其二是手动操作安保机器人，通过基于 python的socket通讯，使用者可以用移动设备连入安保机器人服务器端，操作安保机器人查看想要查看的房间。

人脸识别功能主要采用了python提供现有的opencv计算机视觉库，搭载在树莓派的linux系统上，使用ov5647摄像头对安保范围内的人进行人脸识别，可以区分出家庭成员和陌生人，安保机器人会记录下该陌生人出现的图像以及视频。

视频流传输功能是一个为安保机器人进行后台服务的软件设计，该功能使用了Flask包和树莓派的wifi传输功能，树莓派的代码会抓取ov5647摄像头拍摄到的每一帧，并实时传输到局域网络的指定网页上。任何连入局域网的设备都可以访问该网址进行视频观看，此外视频也可以存入本地硬件设备中或是上传到云端。

性能参数

就现有各类安保机器人创新实用新型相比，本设计有如下优势：

1、体积最小，且功能并不弱于其它安保机器人，其优势在于处于监控期间并不容易被发现。其小巧的体积可以搭配可爱的外壳成为小孩子的玩伴。

2、成本低，该安保机器人最贵的部分为树莓派180元，总成本不超过270元，若采用批量进货，成本还可以更低，能产生很大的经济效益。

3、拥有操作系统，不同于arduino、arm板和单片机为控制核心的机器人，功能强大的树莓派可以搭载linux操作系统，程序不需要经过烧写实现，而且软件迭代速度远超同类。

Claims (4)

1.基于树莓派的安保巡逻机器人，其特征在于：电驱动器为步进电机的控制开关，步进电机与电机轮连接，电机轮为安保巡逻机器人的驱动轮；两个电机轮对称布置，两个万向轮也对称布置，两个电机轮的连线与两个万向轮的连线垂直；电驱动器、摄像头和电压比较器均与树莓派连接；各个红外对管分散布置在安保巡逻机器人的底部，用于对周围环境进行识别，各个红外对管与电压比较器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于树莓派的安保巡逻机器人，其特征在于：电驱动器、摄像头和电压比较器均通过杜邦线与集线器连接，树莓派与集线器相连接。

3.根据权利要求1所述的基于树莓派的安保巡逻机器人，其特征在于：树莓派由干电池进行供电。

4.根据权利要求1所述的基于树莓派的安保巡逻机器人，其特征在于：步进电机由锂电池进行供电。

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