一种落地AI人工智能自动高温追踪定位喷射巡检机器人的制作方法

一种落地ai人工智能自动高温追踪定位喷射巡检机器人
技术领域
1.本发明涉及一种落地ai人工智能自动高温追踪定位喷射巡检机器人。


背景技术：

2.油库油泵及天然气输运区域和大型变压器区域内，作区域面积大、环境形式复杂，安全隐患不易排查。目前只能通过人工对各个区所等工作场合的仪器仪表进行徒步现场检测。而此类场所需要巡检点检项的内容多样，通常包括输油(气)管路、储油(气)罐底部、泵站、计量间、流量间、防火通道等各类工作场合，对各种阀门、仪表、设备进行安全排查等。这些待检内容存在于室内与室外、结构化与非结构化、白天和夜间、照明情况较好和较差、阴雨风雪，甚至可能出现有烟尘、水汽等恶劣环境中，给巡检任务带来巨大的工作强度和危险性。采用自主巡检机器人代替人工执行巡检任务，可以极大的降低工人工作强度，降低工作风险，且现场一旦出现漏气漏油经遇一定燃烧界点高温数值，在人员无法即刻到达现场期间没有措施响应很可能出现巨大事故的发生。
3.现阶段巡检机器人在变电站、油化行业的应用却进展缓慢，原因是相较于变电站与室内环境，此类工厂环境非结构化程度更高，需要巡检的内容和场所类型和环境更复杂。另外还要满足白天和夜间、雨雪等恶劣天气的巡检工作。由于巡检任务的复杂性，机器人必须具有很强的定位能力和通过能力，既要可以适应各类复杂场合和环境条件，同时必须严格保证定位精度，从而确保机器人在自主导航和运动过程中不会与危险设备或其他物体碰撞且现场现场漏气漏油机器人即刻进入紧急预警措施。在运行到场景事故点内人员在未到达情况下，自主巡检机器人在各类复杂环境的高精度、高可靠性定位下对前期发生事故区域进行预处理，为救援人员赢取救援时间起着至关重要的作用。
4.现有机器人的工作方式是，机器入本身携带高清摄像机、高灵敏度红外热成像仪以及环境监测传感器，具备人的听觉(机械异响)、视觉(现场异况)、嗅觉(漏油气)等功能，按照系统设定的作业顺序及巡检内容进行逐一巡查，机器人将采集到的数据进行预判并通过冗余光纤网络高速上传到综合管理平台。当机器人检测到参数超标时，会在本地发起声光报警，以警示现场作业人员；当操作人员对信息进行分析确认后，指派工作人员到现场进行处置工作。监控中心可以在机器人的高清视频中看到现场的作业过程，可以通过机器人双向对讲系统，指挥现场的处理工作。管理平台的数据分析和报表管理模块会将详细的巡检信息及分析诊断存储于数据库中，生成的任务报表、诊断报告等可以供操作人员下载查看，系统可根据长时间的运行数据分析，监测整个空间中的问题数据变化，为管廊的结构变迁提供数据支持。机器人在任务过程中，遇到电量不足时，会自动到达就近的充电站进行电量的补充；当机器人完成作业任务后，会自动回到设定的起点或工作井站点进行等待并执行常规安防监控。在此过程中都是现有ai巡检机器人具备前期扫描探测，应急动作，自动定位喷射处理，自动寻绕覆盖降温等动作功能。
5.同时在油库化学品仓库等高温场合环境场所目前越来越多的机器人在巡检工作，机器人在实现巡检即使通过视觉热成像扫描和可见光摄像机的ai视觉视频分析算法采集
到火灾隐范(高温/烟雾)预警，味保证应急救援人员安全快速到达现场进行解决，现在的机器人也无法进行自动跟踪定位应急处理功能等待救援，这样很容易在救援人员到达事故现场之前发生不可控火灾事故，化学品仓库和油库等区域机器人巡检过程中发现某处物体升温明显，因燃气、油等介质分子活动的特殊性此区域可能很快的化学变化出现高温至明火，机器人在不具备应急处理的情况下，人员在达到现场过程中很可能出现意外不可控等情况。
6.因此现有机器人存在的缺点主要为安检环节问题：
7.1、机器人在此巡检过程中无法做到物体自燃等超高温预警自定位功能(云台锁定且热成像渲染高温点抓拍回传，自动调准云台对准高温点与可见光进行双光融合便于观测准确区域)。
8.2、机器人在自动巡检过程中无法将要出现明火之前的区域进行定位喷射(油库泵房以及气体输运区域禁止出现明火，因一旦出现明火将不可控制)。
9.3、机器人即使通过热扫描图像帧频处理到高温区域超出预设值后不能实现自动测定高温距离和自动保持距离。
10.4、机器人发现明火火灾即将发生之前的安全事故后无法自动识别跟踪定位处理，无法通过实时跟踪最高温度值进行早期的区域覆盖喷射降温处理；
11.5、当自动定位喷射应急处理后，再继续监测问题目标时候，无法根据物体升温曲线分析图进行自判断自跟踪暗火最高温源环绕定位降温(即机器人自动避距自动环绕进行往复式覆盖降温)。
12.因此需要研发一款新型的机器人，以此来解决目前所遇到的问题。


技术实现要素：

13.本发明要解决的技术问题是提供一种具备人的应急操作灭火功能和人不具备的远红外扫描早期火灾预警功能，杜绝火势的不可控，能全自动和半自动的方式紧急处理现场的早期火灾，为应急救援人员赢得到达现场时间，特别在危化行业能在人员到达现场之间自动紧急处理，来保证处理人员的安全，全面实现无人化自动巡检，具有实用性和使用的广泛性的落地ai人工智能自动高温追踪定位喷射巡检机器人。
14.为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
15.一种落地ai人工智能自动高温追踪定位喷射巡检机器人，包括机器人主体、服务器、安装在机器人主体上端的红外热扫描云台和自动定位应急喷射装置，所述机器人主体由锂电池、降温灭火介质容器、驱动器、传动电机、驱动轮和履带组成，传动电机通过驱动轮带动履带转动，从而使得机器人移动，所述降温灭火介质容器设置在机器人主体内部的上端，降温灭火介质容器的内部设有水成膜泡沫液，所述降温灭火介质容器上安装有高压电磁阀，所述自动定位应急喷射装置包括炮体、炮管和回转体，所述炮体上固定有支撑板，回转体固定在支撑板上并与炮体连接，炮管固定在回转体上，回转体的内侧设有齿轮四，所述炮体上安装有电机二，所述电机二的一端安装有齿轮三，齿轮三与齿轮四咬合连接，所述炮体的下端固定有转轴，转轴与炮体连接处设有轴承，所述转轴的下端设有底座，底座固定在机器人主体上，所述炮体底部设有顶板，顶板上安装有电机一，电机一上安装有齿轮一，所述转轴上固定有齿轮二，齿轮一与齿轮二咬合连接，电机一带动炮体围绕转轴转动，所述炮
管上安装有组合探测器，组合探测器包括热成像双视探测器和摄像头。
16.优选的，所述炮体上设有热成像测温探测器。
17.优选的，所述炮管的内部设有导流器，炮管的顶部设有介质喷射出口。
18.优选的，所述底座、转轴为中空结构，降温灭火介质容器、底座、转轴、炮体、炮管依次连接并贯通。
19.优选的，所述红外热扫描云台包括水平旋转装置、垂直旋转装置、远红外扫描测温成像装置、ai可见光识别装置和筒体，远红外扫描测温成像装置、ai可见光识别装置安装在筒体的两侧，所述水平旋转装置包括永磁同步电机二、固定座、转接座二和固定轴二，固定座的下端与机器人主体连接，转接座二固定在筒体上，固定轴二的上端为齿圈结构，永磁同步电机二围绕固定轴二转动，固定轴二的下端固定在固定座上。
20.优选的，所述垂直旋转装置包括转接座一、固定轴一、齿轮五和永磁同步电机一，转接座一固定在筒体上，固定轴一安装在转接座一上，固定轴一的一端与远红外扫描测温成像装置连接，所述齿轮五固定在固定轴一上，永磁同步电机一通过齿轮五带动固定轴一转动。
21.优选的，机器人追踪定位喷射火点的方法是：
22.1)可以通过测量自动定位应急喷射装置转过一圈的时间，由公式ω＝φ/t可以得出角速度先，确定自动定位应急喷射装置转动的角速度；
23.2)确定介质喷射出口由垂直位置转到火点时的角度，通过单片机进行计时，由公式ω＝φ/t反推即可得出；
24.3)测量自动定位应急喷射装置距离水平地面的垂直距离y；
25.4)根据三角函数tanφ＝x/y,得出器件距离火点的水平距离x；
26.5)根据伯努利方程p+ρgh+(1/2)*ρv^2＝c，确定水流的初始流速v；
27.6)由抛物线相关知识，确定水流速的垂直初始速度vx与vy；得到联立方程组：
28.(1)运动时长t＝√2h/g，h为高度，即之前的测量传感器距离水平地面的垂直距离y，g是垂直加速度常数，因此得出t的值；
29.(2)垂直初始速度vy＝g*t，即vy＝g*√2h/g；
30.(3)水平初始速度vx＝v，即喷射出的水介质不考虑风阻的理想状态下；
31.由上可解得vx与vy,其中vy/vx＝tana，反推得到角度a，
32.即由垂直高度y以及传感器定位时转过的角度φ，可以推算出喷水时机器应转过的角度a，由此可以进行精准定位火点；
33.优选的，机器人追踪定位喷射火点的步骤是：
34.1)机器人通过远红外扫描测温成像装置对行走中画面进行热扫描，一旦出现高于预设值温度即刻停止行进，进行报警抓拍，取得热图，同时使最高温区域停止在热图的正中间位置；
35.2)通过红外热扫描云台一侧的ai可见光识别装置进行拍照，同时截图回传至服务器，服务器将高温预警渲染区域进行截图叠加至可见光照片上，然后显示出清晰的高温区域；
36.3)三维激光导航模块的激光测距功能开启，指令机器人本体进行移动，确保机器人与高温危险源保持在2-3米，开启介质喷射出口热成像测温探测器进行热图扫描，并由左
向右的进行180
°
，通过热成像定位高于预警值区域，将最高温区域内的捕捉的最高温点和画面中的中心位置点进行重叠，而后即刻通过控制系统指令打开降温灭火介质容器内的高压电磁阀喷射出生水成膜泡沫液进行隔绝氧气和降温；
37.4)完成画面区域内降温后随后机器人根据三维激光导航模块进行微动作前进，在行进过程中自动定位应急喷射装置持续捕捉最高温点进行发送指令，在喷射远距离目标时候降温灭火介质喷射重力影响下会出现喷射点不能精准覆盖最高温点时，需要进行定位后自判断垂直角度的补偿，从而达到精准定位跟踪最高温点喷射的目的；
38.5)当明火处置结束后，自动定位应急喷射装置自动关闭相应阀门，此时机器人远红外扫描测温成像装置会在此扫描测温，等待应急救援人员的进入，在此如果物体再次出现高温，当服务器会二次预警且弹跳出自动定位应急喷射装置的远程控制界面，控制室人员在窗口上通过远程遥控，485通讯协议的网络信号指令自动定位应急喷射装置工作。
39.本发明的有益效果是：具备人的应急操作灭火功能和人不具备的远红外扫描早期火灾预警功能，杜绝火势的不可控，能全自动和半自动的方式紧急处理现场的早期火灾，为应急救援人员赢得到达现场时间，特别在危化行业能在人员到达现场之间自动紧急处理，来保证处理人员的安全，全面实现无人化自动巡检，具有实用性和使用的广泛性。
附图说明
40.为了更楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，但并不是对本发明保护范围的限制。
41.图1为本发明的结构示意图；
42.图2为本发明的俯视示意图；
43.图3为本发明的侧视示意图；
44.图4为本发明的剖面示意图；
45.图5为本发明的自动定位应急喷射装置剖面示意图；
46.图6为本发明的自动定位应急喷射装置剖面结构示意图；
47.图7为本发明的红外热扫描云台结构示意图；
48.其中，1.三维激光导航模块，2.红外热扫描云台，3.锂电池，4.降温灭火介质容器，5.驱动器，6.传动电机，7.驱动轮，8.履带，9.高压电磁阀，10.自动定位应急喷射装置，11.水平旋转装置，12.垂直旋转机构，13.远红外扫描测温成像装置，14.ai可见光识别装置，15.热成像双视探测器，16.炮管，17.介质喷射出口，18.转轴，19.底座，20.电机一，21.齿轮一，22.齿轮二,23.顶板，24.炮体，25.电机二，26.热成像测温探测器，27.组合探测器,28.导流器，29.齿轮三，30.轴承，31.回转体，32.支撑板，33.齿轮四，34.限位块，35.摄像头，36.转接座一，37.固定轴一，38.齿轮五，39.永磁同步电机一，40.永磁同步电机二，41.固定座，42.转接座二，43.固定轴二,44.筒体。
具体实施方式
49.参阅图1至图7所示的一种落地ai人工智能自动高温追踪定位喷射巡检机器人，包括机器人主体、服务器、安装在机器人主体上端的红外热扫描云台2和自动定位应急喷射装置10，所述机器人主体由锂电池3、降温灭火介质容器4、驱动器5、传动电机6、驱动轮7和履
带8组成，传动电机6通过驱动轮7带动履带8转动，从而使得机器人移动，所述降温灭火介质容器4设置在机器人主体内部的上端，降温灭火介质容器4的内部设有水成膜泡沫液，所述降温灭火介质容器4上安装有高压电磁阀9，所述自动定位应急喷射装置10包括炮体24、炮管16和回转体31，所述炮体24上固定有支撑板32，回转体31固定在支撑板32上并与炮体24连接，炮管16固定在回转体32上，回转体32的内侧设有齿轮四33，所述炮体24上安装有电机二25，所述电机二25的一端安装有齿轮三29，齿轮三29与齿轮四33咬合连接，所述齿轮四33的一侧设有限位块，通过限位块和电机二的作用使介质喷射出口完成垂直方向+45度—-45度的转动，所述炮体24的下端固定有转轴18，转轴18与炮体24连接处设有轴承30，所述转轴18的下端设有底座19，底座19固定在机器人主体上，所述炮体24底部设有顶板23，顶板23上安装有电机一20，电机一20上安装有齿轮一21，所述转轴18上固定有齿轮二22，齿轮一21与齿轮二22咬合连接，电机一20带动炮体24围绕转轴18转动，从而完成炮体24的360度转动，所述炮管16上安装有组合探测器27，组合探测器27包括热成像双视探测器15和摄像头35。
50.进一步，所述炮体24上设有热成像测温探测器26。
51.进一步，所述炮管16的内部设有导流器28，炮管16的顶部设有介质喷射出口17。
52.进一步，所述底座19、转轴为中空结构，降温灭火介质容器4、底座19、转轴18、炮体24、炮管16依次连接并贯通。
53.进一步，所述红外热扫描云台包括水平旋转装置11、垂直旋转装置12、远红外扫描测温成像装置13、ai可见光识别装置14和筒体44，远红外扫描测温成像装置13、ai可见光识别装置14安装在筒体44的两侧，所述水平旋转装置11包括永磁同步电机二40、固定座41、转接座二42和固定轴二43，固定座41的下端与机器人主体连接，转接座二42固定在筒体44上，固定轴二43的上端为齿圈结构，永磁同步电机二40围绕固定轴二43转动，从而带动整个水平旋转装置11做360度水平转动，固定轴二43的下端固定在固定座41上。
54.进一步，所述垂直旋转装置12包括转接座一36、固定轴一37、齿轮五38和永磁同步电机一39，转接座一36固定在筒体44上，固定轴一37安装在转接座一36上，固定轴一37的一端与远红外扫描测温成像装置13连接，所述齿轮五38固定在固定轴一37上，永磁同步电机一39通过齿轮五38带动固定轴一37转动，从而使得远红外扫描测温成像装置13完成360度转动。
55.本发明工作时，机器人巡检过程中通过远红外扫描测温成像装置对行走中画面进行热扫描，一旦出现高于预设值温度即刻停止行进，自动避开保持一定距离进行报警抓拍，取得热图，继而机器人自带红外热扫描云台会自动通过永磁同步电机一、永磁同步电机二机修正角度，使最高温区域停止在热图的正中间位置，通过红外热扫描云台一侧的ai可见光识别装置进行拍照，同时截图回传至服务器，服务器收到预警信号后对回传的两图片进行处理，将高温预警渲染区域进行截图叠加至可见光照片上且显示温度值，然后显示出清晰的高温区域，便于后端人员快速的锁定具体位置和远程观察具体位置的情况。
56.随后机器人在巡检过程中红外热成像接受物体热源红外辐射确定高于预设值的区域，而后即刻联动前端的自动定位应急喷射装置。
57.当收到机器人指令时，三维激光导航模块的激光测距功能开启，指令机器人本体进行移动，确保机器人与高温危险源保持在2-3米(根据预设及扫描的温度自动调整)，在机器人测定距离后指令自动定位应急喷射装置复位到初始点(初始点设置在左侧垂直机器人
进行方向)动作，介质喷射出口保持水平，开启介质喷射出口热成像测温探测器进行热图扫描，并由左向右的进行180
°
，通过热成像定位高于预警值区域，此时热成像发出原始数据给予机器人的内部分析电路软件系统，通过确定的高温点和屏幕中心点，根据两数据重叠校正法和驱动电路电机控制机械定位法进行水平x轴和垂直y轴的修正定位，将最高温区域内的捕捉的最高温点和画面中的中心位置点进行重叠，而后即刻通过控制系统指令打开降温灭火介质容器内的高压电磁阀喷射出生水成膜泡沫液进行隔绝氧气和降温，完成画面区域内降温后；随后机器人根据三维激光导航模块进行微动作前进，在行进过程中自动定位应急喷射装置持续捕捉最高温点进行发送指令，电机一、电机二保持水平和垂直的双精准实时喷射，在喷射远距离目标时候降温灭火介质喷射重力影响下会出现喷射点不能精准覆盖最高温点时，需要进行定位后自判断垂直角度的补偿，从而达到精准定位跟踪最高温点喷射的目的，依然根据三角函数定理得知到喷射器与着火源距离以及喷射口与从-90度上扬的角度值，再根据喷射介质的抛物线算法得知介质喷射出口上扬补偿的角度值，通过已充压8mp容器流量0.8l流量每秒的试验结果，根据+45度—-45度(分为12个角度值)之间的12个测试结果编程对应补偿角的程式来确保喷射介质直接覆盖到着火源隔绝氧气同时降温处置。
58.当明火处置结束后，自动定位应急喷射装置自动关闭相应阀门，此时机器人远红外扫描测温成像装置会在此扫描测温，等待应急救援人员的进入，在此如果物体再次出现高温(热成像软件需要研发具备测温特性曲线分析图)，服务器会二次预警且弹跳出自动定位应急喷射装置的远程控制界面，控制室人员可在窗口上通过远程遥控，485通讯协议的网络信号指令设备的上下左右动作以及启阀和闭阀等。
59.本发明涉及的方程式：
60.一、极坐标系
61.在平面内由极点、极轴和极径组成的坐标系。在平面上取一定点o，称为极点。从o出发引一条射线ox，称为极轴。再取定一个长度单位，通常规定角度取逆时针方向为正。这样，平面上任一点p的位置就可以用线段op的长度ρ以及从ox到op的角度θ来确定，有序数对(ρ，θ)就称为p点的极坐标，记为p(ρ，θ)；ρ称为p点的极径，θ称为p点的极角。当限制ρ≥0，0≤θ《2π时，平面上除极点ο以外，其他每一点都有唯一的一个极坐标。在此，极点可类比于喷射装置，极轴可类比与喷射装置出水口头所指示的方向。
62.二、伯努利方程
63.理想正压流体在有势体积力作用下作定常运动时，运动方程(即欧拉方程)沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程。对于重力场中的不可压缩均质流体，方程为p+ρgh+(1/2)*ρv^2＝c式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和线性速度；h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量，上式各项分别表示单位体积流体的压力能p、重力势能ρgh和动能(1/2)*ρv^2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。但各流线之间总能量(即上式中的常量值)可能不同。对于气体，可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*ρv^2＝常量(p0)，各项分别称为静压、动压和总压。显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。
64.三、抛物线方程就是指抛物线的轨迹方程，是一种用方程来表示抛物线的方法，在几何平面上可以根据抛物线的方程画出抛物线，方程的具体表达式为y＝a*x*x+b*x+c。
65.本发明的火点定位方法：
66.1)、先确定自动定位应急喷射装置转动的角速度，可以通过测量转过一圈的时间，由公式ω＝φ/t可以得出角速度；
67.2)、确定介质喷射出口由垂直位置转到火点时的角度，通过单片机进行计时，由公式ω＝φ/t反推即可得出；
68.3)、测量自动定位应急喷射装置距离水平地面的垂直距离y；
69.4)、根据三角函数tanφ＝x/y,得出器件距离火点的水平距离x；
70.5)、根据伯努利方程p+ρgh+(1/2)*ρv^2＝c，确定水流的初始流速v；
71.6)由抛物线相关知识，确定水流速的垂直初始速度vx与vy；得到联立方程组：
72.(1)运动时长t＝√2h/g，h为高度，即之前的测量传感器距离水平地面的垂直距离y，g是垂直加速度常数，因此得出t的值；
73.(2)垂直初始速度vy＝g*t，即vy＝g*√2h/g；
74.(3)水平初始速度vx＝v，即喷射出的水介质不考虑风阻的理想状态下；
75.由上可解得vx与vy,其中vy/vx＝tana，反推得到角度a，
76.即由垂直高度y以及传感器定位时转过的角度φ，可以推算出喷水时机器应转过的角度a，由此可以进行精准定位火点。
77.本发明的履带及驱动轮结构为常用结构，故不细述。
78.本发明机器人的内部嵌入有与服务器相匹配的软件系统，从而实现机器人与服务器的连接。
79.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。