一种模块化疫情防控型警用机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种模块化疫情防控型警用机器人。
背景技术
近几十年来，尽管人类的疾病谱发生了很大的变化，但传染病并没有退出历史舞台，反而在某个特定的时期对人类的生存和发展构成严重的威胁。自上个世纪70年代以来，人类新发传染病已达40余种，平均以每年一至两种的速度在递增。
重大疫情事关人们的生命和社会的安全，必须有效预防、及时控制和消除突发公共卫生事件的危害，保障公众身体健康与生命安全，维护正常的社会秩序。疫情发生时，需要对患者生活、接触过的场所进行全面消杀工作，需要防疫人员做好防护到事发现场，被感染的风险非常之大。此外，为防止疫情进一步扩散，切断传染源，需民警或社区工作人员对卡口过往人员一一排查，存在交叉感染的风险。采用消毒机器人进入现场进行高风险作业，布设在卡口辅助防疫人员进行非接触测量体温，可大大降低被感染的风险。
中国专利申请CN106622728A(公开日：2017-05-10)公开了一种雾炮型履带式防疫机器人，包括履带部件组、基座、前壳、后壳、防疫部件组、车体控制箱和汽油发电机。该雾炮型履带式防疫机器人采用遥控器和远程视频控制系统两种方式进行操作，可使人脱离作业环境，保证作业人员的身体健康。但是该技术方案主要适用于室外环境，受天气环境制约，且需人工远程操作，对操作人员熟练度要求较高。此外该发明仅具备消毒功能，无法实现戴口罩识别、体温测量等疫情防控的必要功能。
中国专利申请CN105497936A(公开日：2016-04-20)提供了一种消毒防疫机器人，包括机器人本体、消毒气体发生器和控制器，该机器人能够产生消毒气体，利用消毒气体在室内的自由扩散，增加消毒的覆盖面和均匀性，并且机器人能根据设定的路线自动、智能、高效、精准的对室内进行消毒防疫。但是该技术方案仅具备消毒功能，无法实现戴口罩识别、体温测量等疫情防控的必要功能。
中国专利申请CN105125181A(公开日：2015-12-09)公开了一种测量用户体温的方法及装置，通过在接收开启测温的指令的情况下，开启红外测温测距传感器；在检测到所述红外测温测距传感器与用户的待测温部位的距离在预先设置的距离内时，通过所述红外测温测距传感器测量所述用户的待测温部位的温度；根据预先设置的算法将所述温度转换为具体的用户体温或者体温范围，通过摄像头辅助红外测温并通过摄像头采集测温图片，识别测温的身体部位，以及皮肤的颜色、是否出汗或存在水珠，以及皮肤的其他特征，在红外测温以后，跟进检测的数据进行修正和换算成人体体温，提高测量精度，也使更智能的测量方法降低使用门槛。但是该技术方案对测量距离要求较高，需在特点距离范围内进行测量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种模块化疫情防控型警用机器人。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种模块化疫情防控型警用机器人，包括移动底盘、监控系统、测温系统、交互系统、消毒系统、储物舱、定位导航系统和控制系统；
所述移动底盘通讯连接于所述控制系统，用于在控制系统的控制下自动移动；
所述储物舱固定于所述移动底盘的顶部，所述监控系统和测温系统均设于所述储物舱的顶部；
所述监控系统包括高清相机，所述高清相机用于获取人脸的高清图像并传输至控制系统，供控制系统进行是否佩戴口罩的识别；
所述测温系统包括红外相机、距离传感器和温度传感器；所述红外相机用于获取人体的热成像图并传输至控制系统以实现体温探测；所述距离传感器用于测量机器人与待测温人员间的距离并传输至控制系统；所述温度传感器用于测量机器人所处的温度环境并传输至控制系统；
所述交互系统通讯连接于所述控制系统，用于显示高清相机拍摄的图像、红外相机拍摄得到的热成像图、是否佩戴口罩的识别结果和体温探测的结果；
所述消毒系统通讯连接于控制系统，用于在控制系统的控制下对空间进行消毒；
所述定位导航系统通讯连接于所述控制系统，用于将当前的定位信息传输至控制系统。
进一步地，所述移动底盘为两轮差速底盘。
进一步地，所述红外相机和高清相机并列设置；所述距离探测器位于所述红外相机的下方。
进一步地，所述交互系统包括有显示屏和扬声器，所述显示屏和扬声器均通讯连接于所述控制系统。
进一步地，所述消毒系统包括储液罐、输液管、压缩泵、超声波喷雾消毒机和喷嘴，所述压缩泵和超声波喷雾消毒机均通讯连接于所述控制系统；所述压缩泵连通于所述储液罐，并通过输液管连通于所述超声波喷雾消毒机；所述超声波喷雾消毒机连通于所述喷嘴。
更进一步地，所述喷嘴设有多个，并且呈圆周排列。
进一步地，所述定位导航系统包括有激光雷达和超声波雷达，所述激光雷达和超声波雷达均通讯连接于所述控制系统，并均用于探测前方目标并传输控制系统。
进一步地，所述控制系统包括图像获取处理模块、定位导航模块、运动控制模块、消毒启闭控制模块和显示控制模块；
所述图像获取处理模块包括佩戴口罩识别单元和热成像识别单元，所述佩戴口罩识别单元用于根据高清相机获取的人脸高清图像，识别其是否佩戴口罩；所述热成像识别单元用于根据红外相机获取的热成像图获取人体的体温数值；
所述定位导航模块用于控制定位导航系统的工作并接收定位导航系统的数据；
所述运动控制模块用于根据用户预设的路线或关键点，结合定位导航模块的数据控制所述移动底盘移动，实现机器人避障或按照规划路线自动移动；
所述消毒启闭控制模块用于控制消毒系统启动或停止；
所述显示控制模块用于将高清相机拍摄的图像、红外相机拍摄得到的热成像图、是否佩戴口罩的识别结果和体温探测的结果在交互系统上显示出来。
本发明还提供一种利用上述模块化疫情防控型警用机器人的使用方法，具体过程如下：
当需要探测人员佩戴口罩的情况时，控制系统控制监控系统启动，高清相机拍摄人脸的高清图像并传输至控制系统，控制系统通过图像识别技术识别图像中的人脸是否有佩戴口罩，并将高清图像和识别结果通过交互系统显示出来；
当需要探测人员体温时，控制系统控制测温系统启动，红外相机获取人体的热成像图并传输至控制系统，控制系统根据热成像识别得到当前人员的体温初值，然后根据距离传感器探测得到的机器人和当前人员的距离值、机器人当前所处环境的温度值，对通过热成像图识别得到的体温初值进行距离补偿和温度补偿，得到最终的体温值；控制系统还将红外相机获取的热成像图和体温探测结果通过交互系统显示出来；
当需要进行空间消杀时，控制系统控制消毒系统启动，压缩泵将储液罐内的消毒液经输液管输送至超声波喷雾消毒机，利用超声波原理将消毒液雾化，并由喷嘴喷出，喷至需要消毒的空间；同时，控制系统控制所述移动底盘开始移动，同时启动定位导航系统进行定位，根据预设的路线或关键点，结合定位导航系统的反馈信息控制移动底盘带动机器人沿规划路线移动或避障，以完成对整个空间的消毒工作。
本发明还提供一种利用上述模块化疫情防控型警用机器人进行测温的方法，具体过程如下：
测温系统中，温度传感器测量机器人所处环境温度，距离传感器测量机器人与当前人员之间的距离，红外相机获取当前人员的热成像图；
控制系统根据高清相机拍摄到的人脸高清图像定位图像中额头的位置，由于高清相机和红外相机并列设置，两者的相对位置确定，因此控制系统可以根据预设的坐标转换算法，确定额头在热成像图中的位置，从而获取热成像图中额头位置的温度信息，作为当前人员的额温初值；
控制系统根据预设的温度补偿算法和距离补偿算法，对额温初值进行温度补偿和距离补偿，得到最终的额温数值。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的机器人采用模块化设计，可根据实战需求搭载不同功能模块，便于尽快适应复杂的防疫工作，解决了现有防疫机器人环境适应性较弱的问题；
2.本发明的机器人内部设置储物舱，可用于非接触递送或防疫装备、警械工具运输，减轻防疫人员负担；
3.本发明的机器人搭载测温系统、监控系统，可实现戴口罩识别、体温测量，有效减少了防疫人员在摸排工作中被感染的风险；
4.本发明的机器人测温系统集成有距离传感器、温度传感器等，使得可以实现通过距离补偿和温度补偿，弥补测量距离和环境温度对测量结果的误差，实现不同距离下的精确测量。
附图说明
图1为本发明实施例1的机器人结构示意图；
图2为本发明实施例3的方法原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种模块化疫情防控型警用机器人，如图1所示，包括移动底盘5、监控系统、测温系统、交互系统、消毒系统、储物舱7、定位导航系统和控制系统；
所述移动底盘5通讯连接于所述控制系统，用于在控制系统的控制下自动移动；
所述储物舱7固定于所述移动底盘5的顶部，所述监控系统和测温系统均设于所述储物舱7的顶部；
所述监控系统包括高清相机2，所述高清相机2用于获取人脸的高清图像并传输至控制系统，供控制系统进行是否佩戴口罩的识别；
所述测温系统包括红外相机9、距离传感器8和温度传感器(图中未示)；所述红外相机9用于获取人体的热成像图并传输至控制系统以实现体温探测；所述距离传感器8用于测量机器人与待测温人员间的距离并传输至控制系统；所述温度传感器用于测量机器人所处的温度环境并传输至控制系统；
在本实施例中，所述储物舱7的顶部设有和储物舱7连通的壳体，用于承载安装所述监控系统和测温系统的各个组件。
所述交互系统通讯连接于所述控制系统，用于显示高清相机2拍摄的图像、红外相机9拍摄得到的热成像图、是否佩戴口罩的识别结果和体温探测的结果；
所述消毒系统包括储液罐、输液管、压缩泵、超声波喷雾消毒机和喷嘴10，所述压缩泵和超声波喷雾消毒机均通讯连接于所述控制系统；所述压缩泵连通于所述储液罐，并通过输液管连通于所述超声波喷雾消毒机；所述超声波喷雾消毒机连通于所述喷嘴10。在本实施例中，所述储液罐、输液管、压缩泵和超声波喷雾消毒机设于所述储物舱7内，所述喷嘴10设于承载有监控系统和测温系统的壳体的顶部。并且本实施例中，所述喷嘴10设有多个，并且呈圆周排列，保证360°全方位消杀。
所述压缩泵将储液罐内的消毒液经输液管输送至超声波喷雾消毒机，超声波喷雾消毒机利用超声波原理将消毒液雾化，并由喷嘴10喷出，喷至需要消毒的空间，具有雾化效率高、噪音低、故障率低等优点。
所述定位导航系统包括有激光雷达4和超声波雷达6，所述激光雷达4和超声波雷达6均通讯连接于所述控制系统，并均用于探测前方目标并传输控制系统，实现自动定位和避障。通过激光雷达4和超声波雷达6的组合式导航，可以实现较高的定位精度。
本实施例中，所述移动底盘5为两轮差速底盘。两轮差速底盘结构简单，价格便宜，控制简便，适用于室内平坦路面和狭小环境。
本实施例中，所述红外相机9和高清相机2并列设置；所述距离探测器位于所述红外相机9的下方。
在本实施例中，所述交互系统包括有显示屏3，所述显示屏通讯连接于所述控制系统。另外，本实施例中，所述交互系统还包括有扬声器1，所述扬声器1通讯连接于所述控制系统。通过扬声器可以语音报警、宣传教育语音的播报，扬声器和显示屏结合起来还可以实现宣传教育文字、图片、视频的播放。
本实施例中，所述显示屏3设于所述储物舱7外表面的正面，所述扬声器1设于所述储物舱7的顶部。
利用储物舱7还可以存放各种单警装备、警械工具和各类物资。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，进一步地，在本实施例中，所述控制系统包括图像获取处理模块、定位导航模块、运动控制模块、消毒启闭控制模块和显示控制模块；
所述图像获取处理模块包括佩戴口罩识别单元和热成像识别单元，所述佩戴口罩识别单元用于根据高清相机2获取的人脸高清图像，识别其是否佩戴口罩；所述热成像识别单元用于根据红外相机9获取的热成像图获取人体的体温数值；
所述定位导航模块用于控制定位导航系统的工作并接收定位导航系统的数据；
所述运动控制模块用于根据用户预设的路线或关键点，结合定位导航模块的数据控制所述移动底盘移动，实现机器人避障或按照规划路线自动移动；
所述消毒启闭控制模块用于控制消毒系统启动或停止；
所述显示控制模块用于将高清相机2拍摄的图像、红外相机9拍摄得到的热成像图、是否佩戴口罩的识别结果和体温探测的结果在交互系统上显示出来。
在本实施例中，所述控制系统还包括有音视频播放模块，用于控制交互系统的扬声器，在测得的人员体温值超过预设的上限阈值或识别到人员没有佩戴口罩时进行语音报警，或进行宣传教育语音的播报，以及控制交互系统的显示屏和扬声器结合进行宣传教育文字、图片、视频的播放。
实施例3
本实施例提供一种如实施例1所述模块化疫情防控型警用机器人的使用方法，如图2所示，具体过程如下：
当需要探测人员佩戴口罩的情况时，控制系统控制监控系统启动，高清相机拍摄人脸的高清图像并传输至控制系统，控制系统通过图像识别技术识别图像中的人脸是否有佩戴口罩，并将高清图像和识别结果通过交互系统显示出来；
当需要探测人员体温时，控制系统控制测温系统启动，红外相机9获取人体的热成像图并传输至控制系统，控制系统根据热成像识别得到当前人员的体温初值，然后根据距离传感器探测得到的机器人和当前人员的距离值、机器人当前所处环境的温度值，对通过热成像图识别得到的体温初值进行距离补偿和温度补偿，得到最终的体温值；控制系统还将红外相机获取的热成像图和体温探测结果通过交互系统显示出来；
当需要进行空间消杀时，控制系统控制消毒系统启动，压缩泵将储液罐内的消毒液经输液管输送至超声波喷雾消毒机，利用超声波原理将消毒液雾化，并由喷嘴喷出，喷至需要消毒的空间；同时，控制系统控制所述移动底盘开始移动，同时启动定位导航系统进行定位，根据预设的路线或关键点，结合定位导航系统的反馈信息控制移动底盘带动机器人沿规划路线移动或避障，以完成对整个空间的消毒工作。
进一步地，在本实施例中，当控制系统识别到当前人员没有佩戴口罩，或者体温超过预设的上限阈值时，控制交互系统中的扬声器进行语音报警。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上提供一种更为具体的体温测量方法，具体过程为：
测温系统中，温度传感器测量机器人所处环境温度，距离传感器测量机器人与当前人员额头之间的距离，红外相机获取当前人员的热成像图；
控制系统根据高清相机拍摄到的人脸高清图像定位图像中额头的位置，由于高清相机和红外相机并列设置，两者的相对位置确定，因此控制系统可以根据预设的坐标转换算法，确定额头在热成像图中的位置，从而获取热成像图中额头位置的温度信息，作为当前人员的额温初值；
控制系统根据预设的温度补偿算法和距离补偿算法，对额温初值进行温度补偿和距离补偿，得到最终的额温数值。
需要说明的是，所述坐标转换算法的具体过程为：
1、获得额头位置在人脸高清图像中的坐标信息；
2、根据一一对应原则，确定热成像图中对应的额头坐标信息；
3、获取热成像图中该坐标位置的温度作为被测人员的额温初值。
需要进一步说明的是，温度补偿算法和距离补偿算法均为现有算法，其中温度补偿的算法可以参考文件【1】，距离补偿的算法可以参考文件【2】。
[1]环境温度对红外辐射式体温计读数的影响,曹欣荣，戴景民，计量学报，第23卷第1期，2002年1月。
[2]中国专利申请CN 111289120 A，一种低成本定距红外测温装置及方法，2020.06.16。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
