一种自主消防机器人装置及监测系统的制作方法

本发明涉及消防设备，特别是涉及一种自主消防机器人装置及监测系统。

背景技术：

近几年来，由火灾直接导致的经济损失、人员伤亡日益增加，如何快速准确地进行火源定位、自动消防灭火成为人们普遍关心和深入研究的重要课题。现有的灭火方式包括通过红外遥控的灭火机器人、巡检型机器人或人工参与灭火的灭火机器人。但是上述类型的灭火机器人存在的问题为：

1)火点探测范围极其有限，检测机器人都是通过本体红外火焰传感器、摄像头、温、烟探测传感器及相应结构配合等进行检测的，检测范围集中在可视距离之内，再加上传感器灵敏度、视距覆盖范围、摄像头火点判断算法等不确定性，难以检测火灾初始阶段的烟雾和暗火，火势较大后小型灭火器难以扑灭，所以此类机器人不太适合于仓储、数据中心等有遮挡场合。

2)巡检型机器人及时性差，受制于机器人本体设计及仓储、数据中心等室内环境，巡检型火灾救援机器人不能快速移动，在负重情况下，一般速度都低于1米每秒，对于稍大型仓储、数据中心全部巡检距离将达到数百米，再有长时间行走检测耗电量高，一次充电需要数小时，如果要达到全时段覆盖往往需要多机器人交替巡检、交替充电。

3)现有灭火机器人(室内、室外)几乎都采用红外或者无线遥控控制，智能化和自主性较差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种能够自主实现路径规划和自主行走功能的消防机器人装置。

为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种自主消防机器人装置，包括机器人工控一体机及由工控一体机控制的：

无线接收模块，用于接收外界发送的火点报警信息及监测节点坐标信息；

空间定位模块，用于所述机器人的空间坐标定位，根据机器人具有的uwb定位节点确定的坐标信息确定机器人的当前位置坐标，通过当前位置坐标和监测节点坐标，在提前绘制的环境地图中规划出机器人当前位置至火点附近区域的最优路径；

驱动单元模块，用于为机器人底盘动力轮提供驱动，控制机器人动力轮沿各方向旋转；

灭火器控制模块，用于控制置于机器人本体外的电推杆打开机器人所携带的灭火器，对准火源进行灭火。

一种具有室内自主消防机器人装置的监测系统，该监测系统包括：

组网式火点监测装置，当检测到疑似火点信息后，将火点信息及火点坐标编码信息通过zigbee处理器发送给机器人装置；

消防机器人装置，接收到火点监测装置发送的火点信息后，按照设计好的最优路径自动到达火点附近区域，通过自身视觉摄像头搜索火点位置，控制灭火器电推杆打开灭火器，通过灭火器伺服机械臂对准火源底部进行灭火。

本申请自主消防机器人装置及监测系统结构新颖，使用方便，定位执行机构发现火源后，控制器控制消防机器人自动寻找合适的路径，当消防机器人与火源距离达到有效灭火距离时能自动启动灭火器装置进行灭火。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出本发明一实施例提供的一种室内自主消防机器人装置的结构示意图；

图2示出本发明另一实施例提供的一种室内自主消防机器人装置的结构示意图；

图3示出本发明一实施例提供的仓库室内布置结构以及路径规划图；

图4示出本发明一实施例提供的消防机器人工作流程图；

图5示出本发明一实施例提供的具有自主消防机器人装置的监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出本发明实施例提供的一种自主消防机器人装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括机器人工控一体机本体及由工控一体机控制的无线接收模块11，空间定位模块12，驱动单元模块13及灭火器控制模块14。

其中，无线接收模块11，用于接收外界发送的火点报警信息及监测节点坐标信息；空间定位模块12，用于所述机器人的空间坐标定位，根据机器人具有的uwb定位节点确定的坐标信息确定机器人的当前位置坐标，通过当前位置坐标和监测节点坐标，在提前绘制的环境地图中规划出机器人当前位置至火点附近区域的最优路径；驱动单元模块13，用于为机器人底盘动力轮提供驱动，控制机器人动力轮沿各方向旋转；灭火器控制模块14，用于控制置于机器人本体外的电推杆打开机器人所携带的灭火器，对准火源进行灭火。

本申请消防机器人包括两个电推杆和两个伺服机械臂，同时安装有两个通用性干粉灭火器，灭火器电推杆负责打开和关闭灭火器，灭火器伺服机械臂负责控制灭火器的喷管上下摆动，左右摆动是通过机器人底盘转向控制，从而配合使用可以使灭火器对准火源根部实施灭火。当火源规模较小时单个灭火器可以实施灭火，如果发现火灾规模较大则两个灭火器同时实施灭火。

当接收到外界发送的火点报警信息，空间定位模块根据uwb定位方式确定着火点的坐标节点位置信息，计算出机器人到达着火点附近区域的最优路径，驱动模块通过底盘动力轮驱动机器人行走至灭火区域，灭火控制模块控制置于机器人本体外的电推杆打开机器人所携带的灭火器，对准火源进行灭火。

由此，本发明实施例提供的一种自主消防机器人装置能够根据接收到的灭火点坐标信息，确定机器人到达监测节点附近区域的最优路径，实现机器人自主行走至灭火点进行灭火。

实施例2

图2示出本发明实施例提供的一种室内自主消防机器人装置的结构示意图，如图2所示，该消防机器人装置包括机器人工控一体机本体及由工控一体机控制的无线接收模块201，空间定位模块202，驱动单元模块203，灭火器控制模块204，视觉摄像头205，辅助定位及避障模块206，电池管理模块207，急停及返航键模块208，声光报警模块209，线性编码器210，在线报警模块211。

无线接收模块201，用于接收外界发送的火点报警信息及监测节点坐标信息；空间定位模块202，用于所述机器人的空间坐标定位，根据机器人具有的uwb定位节点确定的坐标信息确定机器人的当前位置坐标，通过当前位置坐标和监测节点坐标，在提前绘制的环境地图中规划出机器人当前位置至火点附近区域的最优路径；驱动单元模块203，用于为机器人底盘动力轮提供驱动，控制机器人动力轮沿各方向旋转；灭火器控制模块204，用于控制置于机器人本体外的电推杆打开机器人所携带的灭火器，对准火源进行灭火。视觉摄像头205，用于发现火点信息，并准确识别着火点位置。辅助定位及避障模块206，用于在机器人行走过程中获取周围环境信息并对环境中的障碍物进行规避；电池管理模块207，用于对机器人进行充电；急停及返航键模块208，用于对机器人确认灭火后发出返航指令，控制机器人自动返回指定位置或者根据指令随时停止行径。声光报警模块209，用于机器人本体收到着火报警信号后发出声光报警信号；线性编码器210，用于记录机器人的速度值、里程值，并能查看所述速度值、里程值是否符合预设值的要求。在线报警模块211，用于当火警发生时，通过无线等网络传输方式向外界发出火警报警信息。

以下结合仓库环境实例说明消防机器人灭火过程。图3为仓库室内布置结构以及路径规划图，图4为消防机器人工作流程图。图3中每一个货架都设置有监测兼位置节点，图3中标号1-55为监测节点，标号01-06为uwb定位基站，uwb基站安装于室内顶部区域，uwb基站安装数量根据室内空间大小决定，一般情况下需要安装四个以上基站，安装越多定位精度和准确度越高；两个uwb定位节点放置于机器人本体中，前后各一个，用来实时定位机器人在室内的绝对坐标点。机器人本体放置于仓库货架间的合理位置。

消防机器人工控一体机可以是触摸屏工控一体机，用于将绘制仓储、库房、数据中心等室内环境的栅格坐标地图导入机器人本体触摸屏工控一体机。仓库内根据空间布局及大小在室内顶端安装有uwb定位基站。可以每个货架为一个监测节点，每个监测节点都有自己唯一的地址编码，监测节点绝对坐标存入绘制好的仓库地图和数据库中，当监测节点报警时，将自身编码和报警信息发送给机器人无线接收节点，机器人通过编码可以确定着火点位置。从而确定机器人到达监测节点附近区域的最优路径。

仓库没有着火情况下，消防机器人通常是上电待命状态，机器人在待命状态下先通过空间定位模块设计出当前位置至各个监测节点的最优路径。

当仓库发生着火时，消防机器人装置的无线接收模块首先接收到外界发送的火点报警信息及监测节点坐标信息。消防机器人本体可为一个具备行走功能的机器人，机器人底盘设置有动力轮，机器人本体内置的驱动单元模块能够为动力轮提供驱动，控制动力轮沿各方向旋转。机器人内置的空间定位模块绘制监测区域内环境的坐标节点位置信息，并根据接收到的监测节点坐标信息确定机器人到达监测节点附近区域的最优路径。

当机器人按照事先设计好的最优路径自动快速到达火点附近区域，然后通过自身视觉摄像头搜索准确火点位置，控制机器人配置的灭火器电推杆打开灭火器，通过灭火器伺服机械臂对准火源底部进行灭火处置。

本申请消防机器人包括两个电推杆和两个伺服机械臂，同时安装有两个通用性干粉灭火器，灭火器电推杆负责打开和关闭灭火器，灭火器伺服机械臂负责控制灭火器喷管上下摆动，左右摆动是通过机器人底盘转向控制，从而配合使用可以使灭火器对准火源根部实施灭火。当火源规模较小时单个灭火器可以实施灭火，如果发现火灾规模较大则两个灭火器同时实施灭火。

消防机器人灭火处置完毕后就地待机实时处于监测待命状态，消防机器人本体的外部设有急停及返航键，当场地负责等相关人员到场确认火情消除后通过按下机器人急停及返航键，机器人内置的急停及返航键模块即发出指令控制机器人自动返回原位进行自充电，机器人内置的电池模块可以为锂电池等具有充电功能的电池模块，实现机器人的自动充电。

在机器人待命期间如有其它节点传感器报警则机器人规划出当前位置至第二火点的路径，快速前往实施灭火。消防机器人还包括有辅助定位及避障模块，可以通过超声波方式感应环境中的障碍物，在从出发点至目标点的过程中如果遇到障碍物，则首先通过本体视觉摄像头判断障碍物道路能否继续通过，不能通过时通过辅助定位及避障模块对环境中的障碍物进行规避，再由空间定位模块快速规划出当前位置至目标区域的最优路径，在到达目标区域前重复此操作，直到机器人到达目标区域。

由此，本发明实施例提供的一种室内自主消防机器人装置能够实现自动火源定位与自动快速灭火。

实施例3

图5示出本发明实施例提供的具有自主消防机器人装置的监测系统的结构示意图，如图5所示，该监测系统包括组网式火点监测装置50及消防机器人装置51。组网式火点监测装置50用于当检测到疑似火点信息后，将火点信息及火点坐标编码信息通过zigbee处理器发送给机器人装置。消防机器人装置51，接收到火点监测装置发送的火点信息后，按照事先设计好的最优路径自动快速到达火点附近区域，然后通过自身视觉摄像头搜索准确火点位置，控制灭火器电推杆打开灭火器，通过灭火器伺服机械臂对准火源底部进行灭火处置。

组网式火点监测装置50包括有zigbee处理器，拨码开关，组网指示灯，火灾识别模块，功放电路。此处zigbee处理器可以是cc2530zigbee处理器。与zigbee处理器连接的火灾识别模块包括火灾视觉图像识别模块，火灾红外紫外识别模块，烟雾+温度+红外火焰探测模块。拨码开关用来设定火灾监测节点的编号，当发生火灾时监测装置将报警信息和编号信息发送给机器人，机器人可以立刻知道火点在地图中的位置。组网指示灯用来在安装时查看该监测装置和机器人是否通信正常。与zigbee处理器连接的还有ap功放电路+天线以及ac220转换电路，ap功放电路+天线用来增加无线信号，保证在大型仓库远距离通信稳定，ac220转换电路用来将市电转换为监测节点工作所需要的电压。当有火情发生时，可以通过视觉图像识别模块的图像识别方式，或者红外紫外识别模块的红外紫外识别方式，或者烟雾+温度+红外火焰探测模块中的烟雾+温度+红外火焰探测识别方式识别出着火信息。

由此，本发明实施例提供的具有自主消防机器人装置的监测系统能够实现及时发现火源，自动火源定位与自动快速灭火。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。