一种消防灭火侦察机器人
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是指一种消防灭火侦察机器人。
背景技术
在众多惨痛的火灾案例中，不少是因为火灾发现不及时，小火演变成大火造成的，因此火灾的初期防控正在受到全社会的重视。针对如何能快速发现火情、处理火情是能否做好火灾初期防控的关键。目前仓储等区域，主要采用火灾报警装置、自动喷淋设备等，其中火灾报警装置主要用于消防部门发现火情，自动喷淋设备多数需要和火灾报警装置使用，虽能实现类似功能，但灭火效果与当前火情无关，不能因火情改变灭火策略，容易造成对未着火物体的伤害。大多数机器人面向室外环境使用，在室内的定位效果不佳；缺乏实时地图构建功能，无法实现机器人的定位与导航；机器人操作繁琐，智能化不足。
发明内容
本实用新型针对现有技术的问题提供一种消防灭火侦察机器人，结构新颖，设计巧妙，完成机器人火场中自主导航和地图构建，使用灭火单元配合影像单元对火焰位置识别，完成自动灭火。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型提供的一种消防灭火侦察机器人，包括机器人本体、机器人主控制器、上位机终端、机器人底层控制板、地图构建单元、环境探测单元、灭火单元、影像单元和避障单元，所述机器人底层控制板与机器人主控制器连接，所述环境探测单元、灭火单元、影像单元和避障单元分别与机器人底层控制板连接，地图构建单元与所述机器人主控制器连接，所述机器人本体的底部装设有麦克纳姆轮以及与所述麦克纳姆轮驱动连接的驱动件。
其中，所述地图构建单元包括第一深度摄像头、IMU模块和里程计，所述第一深度摄像头与机器人主控制器连接，所述IMU模块和里程计均与机器人底层控制板连接，所述第一深度摄像头装设在机器人本体上。
其中，所述环境探测单元包括温度传感器、烟气浓度传感器和可燃气体传感器；温度传感器、烟气浓度传感器和可燃气体传感器均设置在机器人本体上方且均与所述机器人主控制器连接，所述温度传感器、烟气浓度传感器和可燃气体传感器均装设在机器人本体的上方。
其中，所述影像单元包括第二深度摄像头和第一彩色摄像头，所述第二深度摄像头和第一彩色摄像头均装设在机器人本体的前方。
其中，所述避障单元包括第二彩色摄像头和超声波传感器，所述第二彩色摄像头和所述超声波传感器均装设在机器人本体的前方。
其中，所述灭火单元包括云台、电磁阀、管道和灭火器，所述灭火器装载在机器人本体内部，所述云台装设在机器人本体上方，所述管道的一端与所述电磁阀连接，所述管道的另一端与灭火器的出口端连接，所述电磁阀装设在云台上。
本实用新型的有益效果：
本实用新型结构新颖，设计巧妙，使用地图构建单元并和麦克纳姆轮配合，完成机器人火场中自主导航和地图构建，通过环境探测单元对环境进行侦察，通过避障单元避开障碍物，实时影像和传感器信息传递回上位机终端，并实现发出火情预警到上位机终端，上位机终端可对机器人本体进行控制，使用灭火单元配合影像单元对火焰位置识别，完成自动灭火。
附图说明
图1为本实用新型的第一视角的结构示意图。
图2为本实用新型的第二视角的结构示意图。
图3为本实用新型的第三视角的结构示意图。
图4为本实用新型的第四视角的结构示意图。
在图1至图4中的附图标记包括：
1—机器人本体2—麦克纳姆轮 3—第一深度摄像头
4—第一彩色摄像头5—超声波传感器 6—云台
7—电磁阀8—管道 9—灭火器。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。
一种消防灭火侦察机器人，如图1至图4所示，包括机器人本体1、机器人主控制器、上位机终端、机器人底层控制板、地图构建单元、环境探测单元10、灭火单元、影像单元和避障单元，所述机器人底层控制板与机器人主控制器连接，所述环境探测单元10、灭火单元、影像单元和避障单元分别与机器人底层控制板连接，地图构建单元与所述机器人主控制器连接，所述机器人本体1的底部装设有麦克纳姆轮2以及与所述麦克纳姆轮2驱动连接的驱动件，其中，所述驱动件为驱动电机。具体地，本实用新型实施例结构新颖，设计巧妙，使用地图构建单元并和麦克纳姆轮2配合，完成机器人火场中自主导航和地图构建，通过环境探测单元10对环境进行侦察，通过避障单元避开障碍物，实时影像和传感器信息传递回上位机终端，并实现发出火情预警到上位机终端，上位机终端可对机器人本体1进行控制，使用灭火单元配合影像单元对火焰位置识别，完成自动灭火。
本实施例所述的一种消防灭火侦察机器人，所述地图构建单元包括第一深度摄像头3、IMU模块和里程计，所述第一深度摄像头3与机器人主控制器连接，所述IMU模块和里程计均与机器人底层控制板连接，所述第一深度摄像头3装设在机器人本体1上。具体地，所述地图构建单元使用SLAM算法结合第一深度摄像头3完成室内定位与地图构建，步骤如下：①IMU模块与里程计对机器人进行计算获得机器人位置和姿态；②第一深度摄像头3将周围环境转变为三维点云；③将步骤①和步骤②中的机器人位姿和点云信息进行匹配；将数据投影到参考坐标系中；④计算误差并剔除误差较大的帧；⑤根据运动学模型对当前位置进行估算，判断当前位置；⑥进行特征点匹配，匹配成功进行下一步，否则返回上一步；⑦使用卡尔曼滤波器对环境特征进行推算；⑧将推算结果与深度摄像头得到的实际结果进行比较，若差异较小，则进行地图更新，否则进行重采样。
本实施例所述的一种消防灭火侦察机器人，所述环境探测单元10包括温度传感器、烟气浓度传感器和可燃气体传感器；温度传感器、烟气浓度传感器和可燃气体传感器均设置在机器人本体1上方且均与所述机器人主控制器连接，所述温度传感器、烟气浓度传感器和可燃气体传感器均装设在机器人本体1的上方。具体地，上述设置
本实施例所述的一种消防灭火侦察机器人，所述影像单元包括第二深度摄像头和第一彩色摄像头4，所述第二深度摄像头和第一彩色摄像头4均装设在机器人本体1的前方。具体地，所述第二深度摄像头和所述第一彩色摄像头4型号均为Intel RealSense D435i，具有良好的低光照性能，优异的捕捉距离和清晰度，同时具备双目能力，搭载了两颗彩色摄像头，更加精确的捕捉物体位置，获取火焰距离。
本实施例所述的一种消防灭火侦察机器人，所述机器人主控制器的型号为英伟达Jetson Nano，所述机器人底层控制板的型号为STM32。
本实施例所述的一种消防灭火侦察机器人，所述避障单元包括第二彩色摄像头和超声波传感器5，所述第二彩色摄像头和所述超声波传感器5均装设在机器人本体1的前方。具体地，第一深度摄像头3和所述第二深度摄像头可以为同一摄像头，所述第一彩色摄像头4和所述第二彩色摄像头可以为同一摄像头。
本实施例所述的一种消防灭火侦察机器人，所述灭火单元包括云台6、电磁阀7、管道8和灭火器9，所述灭火器9装载在机器人本体1内部，所述云台6装设在机器人本体1上方，所述管道8的一端与所述电磁阀7连接，所述管道8的另一端与灭火器9的出口端连接，所述电磁阀7装设在云台6上。具体地，所述云台6提供两个自由度，包括俯仰和平面360°旋转，所述电磁阀7与机器人主控制器连接。
本实施例具有自动发现火焰功能：当机器人本体1的彩色摄像头捕捉到火焰信息，将对火焰进行定位，并将火焰所处位置在上位机终端标记；其主要步骤为：①根据RGB颜色空间找出图像中具有火焰颜色特征的疑似火焰区域；②通过结合火焰的动态特征，实现火焰的动态检测，进一步减少误判；③根据火焰的灰度特征，使用基于SVM支持向量机的图像分类，将疑似火焰区域的灰度信息作为特征向量，进行火焰的最终确认；同时使用多传感器融合技术，对温度传感器、烟气浓度传感器、可燃气体传感器获取的数据进行融合，进一步完成火焰的确认。
所述避障单元包括彩色摄像头、超声波传感器5、避障模型、全局路径规划算法、局部优化算法，所述全局路径优化算法，基于A*算法计算出到达导航点的最优全局路径，在导航中使用D*算法动态计算局部最优路径，两种算法均依靠于地图构建模块构建的平面地图。超声波传感器5对反射时间进行模糊决策完成简单避障功能，彩色摄像头通过机器视觉配合深度学习训练的避障模型数据完成单一避障工作，这两种可以在无平面地图时完成避障功能。
以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
