CN107193282A - 一种智能安防机器人及智能安防*** - Google Patents

一种智能安防机器人及智能安防*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能安防机器人及智能安防***，其中智能安防机器人包括主控模块以及与之连接的视觉传感器、激光雷达、超声波传感器、多个环境传感器、GPS单元、行走机构、无线通讯单元和声光提醒单元；所述主控模块用于根据扫描的环境地图以及获取的地理位置信息规划路径，发送信号控制所述行走机构按照规划的路径行走；所述主控模块还用于根据障碍物的特征信息确定避障方式；所述主控模块还用于在对所述环境信息检测异常时发送报警信号给所述声光提醒单元和远程控制终端进行报警。本发明的智能安防机器人具有自主巡航、自主避障、自主检测等功能，智能化程度高、环境适应性强，满足了对场区的智能安防的要求。

Description

一种智能安防机器人及智能安防***
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种智能安防机器人及智 能安防***。
背景技术
我国安防行业经过数十年的发展，市场规模已经达到近5000亿元， 其中产品占1800亿元。安防体系已有传统的人防发展为人防、物防和 技防相结合，有效地保障了人民生命和财产安全。同时，也暴露出若 干问题，具体表现为：安保人员缺口大，人力成本高，且流动性大； 人员素质参差不齐，存在思想麻痹、工作敷衍了事的现象；特殊环境 存在高风险因素，对人员安全构成威胁；监控设备安装固定，存在盲 区，且容易被破坏或失效；设备发现警情后无法主动干预，可能导致 警情扩大。
随着人工智能技术和通讯技术等迅速发展，移动机器人顺势而生。 机器人可以连续高强度工作，并且严格遵守作业流程，机器人还可以 集成摄像头及多种传感器。
因此，亟待开发一种能够在客户指定的区域执行自主巡逻以及其 它安防功能的安防机器人及智能安防***。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种智能安防机器人及智 能安防***，能够实现机器人的自主巡逻，并具有GPS定位、自主避 障和异常报警的功能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能安防机器人，包 括主控模块、视觉传感器、激光雷达、超声波传感器、多个环境传感 器、GPS单元、行走机构、无线通讯单元和声光提醒单元；
所述主控模块与所述视觉传感器、GPS单元和行走机构连接，用 于根据所述视觉传感器扫描的环境地图以及GPS单元获取的地理位置 信息规划路径，发送信号控制所述行走机构按照规划的路径行走；
所述主控模块还与所述激光雷达和超声波传感器连接，用于根据 激光雷达、超声波传感器和视觉传感器采集的信息确定障碍物的特征 信息，根据障碍物的特征信息确定避障方式，并发送信号控制所述行 走机构避开障碍物；
所述主控模块还与所述多个环境传感器、无线通讯单元和声光提 醒单元连接，用于将所述多个环境传感器采集的环境信息通过无线通 讯单元发送给远程控制终端，并在对所述环境信息检测异常时发送报 警信号给所述声光提醒单元和远程控制终端进行报警。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述多个环境传感器包 括：红外传感器、烟雾传感器、气体传感器、温湿度传感器和辐射传 感器。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述主控模块包括：
巡航控制单元，用于根据所述视觉传感器扫描的环境地图以及 GPS单元获取的地理位置信息规划路径，发送信号控制所述行走机构 按照规划的路径行走；
避障控制单元，用于根据激光雷达、超声波传感器和视觉传感器 采集的信息确定障碍物的特征信息，根据障碍物的特征信息确定避障 方式，并发送信号控制所述行走机构避开障碍物；
环境监测单元，用于将所述多个环境传感器采集的环境信息通过 无线通讯单元发送给所述远程控制终端，并在对环境信息检测异常时 发送报警信号给所述声光提醒单元和远程控制终端进行报警。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述避障控制单元在根 据障碍物的特征信息确定避障方式时，当通过算法模拟发现不能避开 障碍物时，通过所述无线通讯单元反馈给所述远程控制终端。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述智能安防机器人还 包括充电装置；所述主控模块还包括：充电控制单元，与所述充电装 置和无线通讯单元连接，用于检测电池电量并通过所述无线通讯单元 反馈给所述远程控制终端，并接收远程控制终端发送的充电指令，控 制充电装置与充电桩对接实现充电；所述远程控制终端在电池电量低 于预设阈值时发送充电指令给所述智能安防机器人，并根据智能安防 机器人的实时位置及充电桩的位置规划路径，并发送给所述巡航控制 单元。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述充电装置包括充电 电机、充电丝杠、充电丝杠滑块、传动杆、挡板、充电电刷和电流检 测传感器；所述充电丝杠的一端与所述充电电机的输出轴连接，另一 端与所述挡板连接，且所述充电丝杠能够相对所述挡板转动，所述充 电丝杠滑块套设在所述充电丝杠上；所述传动杆与所述充电丝杠平行 设置，且所述传动杆的一端与所述充电丝杠滑块连接，另一端穿过所 述挡板与所述充电电刷连接；所述充电丝杠转动时，所述充电丝杠滑 块沿所述充电丝杠轴向移动，并通过所述传动杆推动所述充电电刷移 动；所述电流检测传感器用于检测充电电流；所述充电控制单元与所述激光雷达、红外传感器、充电电机和电流检测传感器连接，用于将 激光雷达和红外传感器扫描的充电桩接口的位置发送给所述远程控制 终端进行充电接口位置微调，并发送控制信号给所述充电电机使所述 充电电刷与充电桩接口对接，并通过电流检测传感器检测充电电流， 当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给所 述远程控制终端。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述主控模块还包括： 人脸识别单元，与所述视觉传感器和无线通讯单元连接，用于根据采 集的图像信息检测人脸，并根据预存的人脸信息对检测的人脸进行识 别，当识别失败时发送报警信号给所述声光提醒单元进行报警，同时 将检测的人脸及报警信号通过无线通讯单元发送给所述远程控制终 端。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述巡航控制单元根据 dijkstra算法规划路径。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述智能安防机器人还 包括：安装在智能安防机器人底部交错排列的至少两排RFID读卡器， 用于读取安装在巡逻区域路面上的RFID标签的信号；所述主控模块还 包括：位置查找单元，与所述至少两排RFID读卡器连接，用于根据读 取的RFID标签信号的电子编码从预先存储的表格中查找对应的RFID 标签所在位置，并根据RFID标签所在位置确定安防机器人的当前位 置。其中所述位置查找单元确定读取到RFID标签信号的RFID读卡器 的序号i，根据该序号获取第i个RFID读卡器的安装位置与智能安防 机器人几何中心的偏移量；再通过以下公式计算智能安防机器人的当 前位置(x,y)：
其中xr和yr分别为查找得到的RFID标签所在位置的横坐标和纵 坐标，ai和bi分别为读到RFID标签信号的第i个RFID读卡器的安装 位置与智能安防机器人几何中心在横轴的偏移量以及纵轴的偏移量。
在根据本发明所述的智能安防机器人中，所述智能安防机器人还 包括安装在智能安防机器人外壳上的防碰撞装置；所述碰撞防护装置 包括防护外壳、第一旋转轴、第二旋转轴和交错轴座；所述防护外壳 安装在所述第一旋转轴上；所述第一旋转轴穿设在所述交错轴座上， 且能够相对所述交错轴座转动；所述第二旋转轴与所述第一旋转轴呈 异面垂直设置；所述交错轴座套设固定于所述第二旋转轴上，且能够 带动所述第二旋转轴相对机器人本体转动。
本发明还提供了一种智能安防***，包括远程控制终端以及与之 通信的至少一个如前所述的智能安防机器人。
在根据本发明所述的智能安防***中，所述远程控制终端还用于 根据所述智能安防机器人上传的环境信息及报警信号进行统计，分析 各个时间和区域的安保情况，并对所述至少一个安防机器人的位置进 行布置。实施本发明的智能安防机器人以及智能安防***，具有以下 有益效果：本发明的智能安防机器人具有自主巡航、自主避障、自主 检测等功能，智能化程度高、环境适应性强，并可以将数据信息传输 到远程控制终端，满足了对场区的智能安防的要求。
附图说明
图1为根据本发明的***中智能安防机器人的模块框图；
图2为根据本发明优选实施例提供的智能安防***的示意图；
图3为根据本发明优选实施例中环境传感器的组成示意图；
图4为根据本发明优选实施例中主控模块的结构示意图；
图5为根据本发明优选实施例中充电装置的轴侧图；
图6为根据本发明优选实施例中充电装置的主视图；
图7为根据本发明优选实施例的智能安防机器人的底部结构示意 图；
图8为根据本发明优选实施例的RFID标签布置示意图；
图9为根据本发明优选实施例中碰撞防护装置的主视图；
图10为根据本发明优选实施例中碰撞防护装置的立体图。
具体实施方式
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的一部分实施例，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 有做出创造性劳动的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。
请参阅图1，为根据本发明优选实施例提供的智能安防机器人的模 块框图。请结合参阅图2，为根据本发明优选实施例提供的智能安防系 统的示意图。如图1和图2所示，本发明第一方面，提供了一种智能 安防机器人100，包括主控模块110以及与之相连的：视觉传感器120、 激光雷达130、超声波传感器140、多个环境传感器150、GPS单元160、 行走机构170、无线通讯单元180和声光提醒单元190。
其中，主控模块110用于根据视觉传感器120扫描的环境地图以 及GPS单元获取的地理位置信息规划路径，发送信号控制行走机构170 按照规划的路径行走。其中视觉传感器120可由安装在智能安防机器 人本体的上部的云台和摄像头构成，其安装在骨架支撑板上，用防护 透明罩防护，以保证视线不被遮挡。优选地，为了使得智能安防机器 人夜间巡逻时依然能够传回清晰的画面，可以采用具有夜视功能的摄 像头，或者加装照明灯。主控模块110可以根据扫描的环境地图，根 据dijkstra算法，规划全局路径，并按照此路径行走。因此，当***启 动后，智能安防机器人100能够在指定区域内自主巡航。
主控模块110还用于根据激光雷达130、超声波传感器140和视觉 传感器120采集的信息确定障碍物的特征信息，根据障碍物的特征信 息确定避障方式，并发送信号控制行走机构170避开障碍物。激光雷 达130、超声波传感器140和视觉传感器120均用于检测障碍物，其中 激光雷达130扫描的距离远，但是扫描的仅为平面信息，主要用于远 距离的障碍物定位和避障。超声波传感器140相当于单点测量，距离 近，数据少。视觉传感器120获取的是三维信息，数据量大，难处理， 主要用于避障。也就是说，主控模块110利用激光雷达130采集的信 息对远处的障碍物进行定位，并根据其位置信息规划路径避障。主控 模块110还利用超声波传感器140和视觉传感器120采集的信息对近 处的障碍物进行避障。通过上述设置，当遇到障碍物时，智能安防机 器人100具有自主避障功能，在成功避障后，继续按照原路线巡航。
主控模块110还用于将多个环境传感器150采集的环境信息通过 无线通讯单元180发送给所述远程控制终端200，主控模块110还在对 环境信息检测异常时发送报警信号给声光提醒单元190进行报警，同 时将报警信号通过无线通讯单元180发送给远程控制终端200进行报 警。请参阅图3，为根据本发明优选实施例中环境传感器的组成示意图。 如图3所示，优选地，前述多个环境传感器包括：红外传感器151、烟 雾传感器152、气体传感器153、温湿度传感器154和辐射传感器155。 这些环节传感器可以实时采集巡航区域的红外、烟雾、气体、温湿度、 辐射等信息，并通过无线网络将这些信息传输到远程控制终端200。智能安防机器人100的主控模块110可以通过对这些数据的分析，对巡 防区域的异常情况作出报警等响应。
本发明第二方面，提供了一种智能安防***，包括远程控制终端 200以及至少一个智能安防机器人100，例如第一智能安防机器人 100-1、第二智能安防机器人100-2、第三智能安防机器人100-3……第 n智能安防机器人100-n。这些智能安防机器人100布置在需要巡逻的 区域，通过无线网络与远程控制终端200通讯。远程控制终端200可 以通过GPS定位能够实时检测到每个智能安防机器人的具***置，并 通过对智能安防机器人上传的信息数据进行分析，执行进一步的报警 等操作，例如通过声光提醒或者发送短信通知管理员。同时远程控制 终端200可根据需要对每一台智能安防机器人100进行控制。因此， 本发明的智能安防***以智能安防机器人100作为物理实施端，实现 了远程控制终端200对每一台智能安防机器人100的实时控制，满足 了对场区的智能安防的要求。
请参阅图4，为根据本发明的智能安防机器人中主控模块的结构示 意图。如图4所示，该主控模块110至少包括巡航控制单元111、避障 控制单元112和环境监测单元113。
其中巡航控制单元111与视觉传感器120、GPS单元160和行走机 构170连接，用于根据视觉传感器120扫描的环境地图以及GPS单元 160获取的地理位置信息规划路径，发送信号控制行走机构170按照规 划的路径行走。优选地，巡航控制单元根据dijkstra算法规划路径。
避障控制单元112与激光雷达130、超声波传感器140、视觉传感 器120和行走机构170连接，用于根据激光雷达130、超声波传感器140和视觉传感器120采集的信息确定障碍物的特征信息，根据障碍物 的特征信息确定避障方式，并发送信号控制行走机构170避开障碍物。 避障控制单元112确定的障碍物的特征信息包括该障碍物为移动障碍 物还是非移动障碍物，对于非移动障碍物而言，该障碍物的特征信息 还包括非移动障碍物的位置和大小；对于移动障碍物而言，该障碍物 的特征信息还包括移动障碍物的位置、大小、移动速度和方向等。避 障控制单元112根据障碍物的特征信息确定避障方式，例如智能安防 机器人前进或者停止。优选地，避障控制单元112在根据障碍物的特 征信息确定避障方式时，当通过算法模拟发现不能避开障碍物或者存 在风险时，通过无线通讯单元180反馈给远程控制终端200，及时通知 控制台，等待人为接管。
环境监测单元113与所述多个环境传感器150和无线通讯单元180 连接，用于根据多个环境传感器150采集的环境信息，在检测到异常 时发送报警信号给声光提醒单元190进行报警，同时将环境信息及报 警信号通过无线通讯单元180发送给远程控制终端200。异常情况分为 机器人本体异常和巡逻区域异常，本发明可以通过多个环境传感器150 检测环境区域的异常。
在本发明更优选的实施例中，该智能安防机器人100还包括充电 装置。相应地，主控模块110还包括：
充电控制单元，与充电装置和无线通讯单元180连接，用于检测 电池电量并通过无线通讯单元180反馈给远程控制终端200，并接收远 程控制终端200发送的充电指令，控制充电装置与充电桩对接实现充 电。
远程控制终端200则用于接受电池电量之后，检测电池电量是否 低于预设阈值，是则发送充电指令给智能安防机器人100，并根据智能 安防机器人100的实时位置及充电桩的位置规划路径，并发送给巡航 控制单元111控制行走机构170按照该规划的路径行走。通过上述结 构设置，本发明的智能安防机器人可以在电量不足时找到最近的充电 桩进行充电，电量充满后，继续进行巡航。
如图5和6所示，为本发明优选实施例提供的智能安防机器人中 充电装置的结构图。该充电装置包括充电电机31、充电丝杠34、充电 丝杠滑块35、传动杆36、挡板33、充电电刷和电流检测传感器。充电 丝杠34的一端与充电电机31的输出轴连接，另一端与挡板33连接， 且充电丝杠34能够相对挡板33转动，充电丝杠滑块35套设在充电丝 杠34上。传动杆36与充电丝杠34平行设置，且传动杆36的一端与 充电丝杠滑块35连接，另一端穿过挡板33与充电电刷连接；充电丝 杠34转动时，充电丝杠滑块35沿充电丝杠34轴向移动，并通过传动杆36推动充电电刷移动。电流检测传感器(图中未示出)用于检测充 电电流。
如图5和图6所示，本实施例中还包括支撑板32，支撑板32与挡 板33平行相对设置，支撑板32套设在充电丝杠34上。充电丝杠34 的一端穿过支撑板32后，通过联轴器7与充电电机31同轴连接，另 一端连接在挡板33上。
当然，在另一个实施例中，充电丝杠34与充电电机31也可以采 用同步轮连接，充电电机31同样可以带动充电丝杠34转动。
具体地，本实施例中所采用的充电电机31为57步进电机，联轴 器7为GR波纹管联轴器。当然也可以根据实际情况需要而选择其他 型号的充电电机31和联轴器7。
充电电机31通过充电电机支架311固定在智能安防机器人的本体 中。充电电机支架311为L型结构，充电电机31的输出端穿过充电电 机支架311与充电丝杠34连接。
充电丝杠34能够相对支撑板32和挡板33转动。支撑板32上设 有用于穿设充电丝杠34的过孔，过孔内设有角接触轴承8，孔用弹性 挡圈81设置在角接触轴承8的外侧，防止角接触轴承8脱离过孔。充 电丝杠34穿过角接触轴承8的内孔后与充电电机31连接。当充电电 机31转动时，充电丝杠34同步转动，充电丝杠34与角接触轴承8配 合，角接触轴承8能够使充电丝杠34相对支撑板32转动时不受阻碍。
优选的，在另一个实施例中，挡板33也可以采用设有角接触轴承 8过孔来穿设充电丝杠34。支撑板32和挡板33起支撑与限制充电丝 杠34位置的作用，同时不影响充电丝杠34的转动。
如图5所示本实施例中采用了四根传动杆36。充电丝杠滑块35 穿设在充电丝杠34上，传动杆36平行于充电丝杠34，一端与充电丝 杠滑块35连接，另一端穿过挡板33与充电电刷连接。
充电丝杠滑块35的一侧连接有充电丝杠螺母351。具体地，充电 丝杠螺母351连接在充电丝杠滑块35的左侧(以图6所示的方向而定)。 充电丝杠螺母351与充电丝杠滑块35上用于穿设充电丝杠34的过孔 同心设置。充电丝杠滑块35通过充电丝杠螺母351与充电丝杠34啮 合。转动充电丝杠34，与充电丝杠34充电丝杠螺母351沿充电丝杠 34移动，拖动或推动充电丝杠滑块35沿充电丝杠34轴向移动，将充 电丝杠34的转动转化为充电丝杠滑块35的直线运动。当然，在另一 个实施例中，充电丝杠滑块35的过孔也可以是螺纹孔，充电丝杠滑块 35通过内部的螺纹孔与充电丝杠34啮合。
当充电丝杠34转动时，充电丝杠滑块35发生移动，并通过传动 杆36推动充电电刷移动。传动杆36使得充电电刷移动过程中可以保 持稳定，充电接头伸出智能安防机器人本体充电时不会发生晃动。
如图5和图6所示，优选地，四根传动杆36分别设置在充电丝杠 滑块35的四角上，将充电丝杠34围绕在中间，且到充电丝杠34的距 离相等，这样的结构是为了使得受力更为均匀，传动过程更为稳定。
充电电刷包括电刷连接板37、电刷正极372和电刷负极373，电 刷正极372和电刷负极373通过压缩弹簧与电刷连接板37的外侧连接， 电刷连接板37的内侧与传动杆36连接。由于电刷正极372和电刷负 极373均通过压缩弹簧安装到绝缘板上，压缩弹簧在与充电桩接触过 程中起到减震作用，减少了充电接头对充电装置和充电桩的冲击，同 时可以有效的避免电刷出现虚接，造成冒火花现象。
另外，普通的充电电刷与充电桩上的电刷面积比约为，本实施例 中的充电电刷为加大的电刷，面积约为充电桩上的电刷的2～4倍。增 大充电电刷的有效接触面积后，充电时，智能安防机器人本体不必进 行精确的移动，即可正常充电，能够更为安全可靠的完成充电过程。
优选地，还设有绝缘层371，电刷正极372和电刷负极373通过绝 缘层371与电刷连接板37与连接。具体到本实施例中，电刷连接板37 与传动杆36垂直设置，电刷正极372和电刷负极373平行间隔安装在 绝缘板上，绝缘板再安装到电刷连接板37上。
优选地，电刷连接板37上方还设有横向隔板，位于电刷正极372 和电刷负极373上方。智能安防机器人本体的外壳上对应位置设有铰 接的挡片作为充电开口，电刷连接板37伸出时，横向隔板推动挡片转 动，充电电刷伸出智能安防机器人的本体进行充电，电刷连接板37收 回时，铰接的挡片落下，遮挡住充电开口，防止机器人内部落灰。
如图5和图6所示，优选地，挡板33一侧还设有平行于充电丝杠 34的导轨38，导轨38上设有可沿导轨38滑动的导轨滑块381，导轨 滑块381一端套设在导轨38上，另一端与充电丝杠滑块35连接。具 体到本实施例中，导轨38设置在支撑板32和挡板33的底部，安装时，导轨38可固定在智能安防机器人本体内，支撑板32和挡板33的底部 套设在导轨38上。导轨滑块381的底部套接在导轨38，顶部连接充电 丝杠滑块35，导轨38和导轨滑块381相互配合，能够在传动过程中减 轻充电丝杠滑块35对于充电丝杠34的压力，使得充电丝杠滑块35可 以更容易移动，并且不容易发生位置偏移。
进一步地，为确保充电丝杠滑块35沿充电丝杠34移动时不会超 出行程，对充电电机31造成损伤，挡板33侧部还设置有两个限位开 关5，一般情况下的充电不会触碰到限位开关5，当充电电机31出现 丢步或者程序出现错误时，充电丝杠滑块35或电刷连接板37将会触 发限位开关5，将充电电机31断电，防止出现事故。
当然，在另一个实施例中，也可以在挡板33和支撑板32上分别 设置一个限位开关5，当充电丝杠滑块35即将超出行程时，触发限位 开关5使充电电机31迅速停止转动。
如何设置两个限位开关5取决于传动杆36和充电丝杠34中较短 的一方：若传动杆36较短，则两个限位开关5分别设置在挡板33和 支撑板32上；若充电丝杠34较短，则两个限位开关5均设置在挡板 33；若二者行程相同，即电刷连接板37触碰到挡板33时充电丝杠滑块35也触碰到支撑板32，则两种设置方案都一样。
为了防止充电电机31出现丢步现象，充电丝杠滑块35上装有磁 体61，在本实施例中磁体61选用的是小磁铁，安装在充电丝杠滑块 35底部一侧，霍尔接近开关62安装在智能安防机器人本体内，且充电 丝杠滑块35处于初始位置时霍尔接近开关62位于小磁铁的正下方。 在充电丝杠34行程中安装霍尔接近开关62，小磁铁经过霍尔接近开关 62时，可实现充电电机31归零，清除累积误差，防止充电电机31出 现丢步现象，提高充电装置运动的精度。
优选地，挡板33的左右两侧(以图6所示方向为准)和支撑板32 靠近充电丝杠滑块35的一侧还设有缓冲垫(图中未示出)，当然，在 另一个实施例中，也可以在充电丝杠滑块35的左右两侧(以图8所示 方向为准)以及电刷连接板37靠近挡板33的一侧设置缓冲垫。缓冲 垫可以选用弹性橡胶等减震材料，能够在出现意外事故时，防止充电 丝杠滑块35和电刷连接板37直接与支撑板32或挡板33发生碰撞， 减轻充电丝杠滑块35和电刷连接板37对装置的冲击，防止装置发生 损坏。
本实施例中，充电控制单元与充电装置连接，充电控制单元监测 智能安防机器人内的电池电量，并通过无线通讯单元反馈给远程控制 终端200。同时，远程控制终端200在判断电池电量低于预设阈值时发 送充电指令给智能安防机器人，并根据智能安防机器人的实时位置及 充电桩的位置规划路径，并发送给巡航控制单元，控制行走机构170 使智能安防机器人行走至最近的充电桩附近。优选地，该远程控制终 端200可以利用预存的地图中充电桩的位置，或者智能安防机器人通 过激光雷达实时扫描的充电桩的位置进行路径规划。该远程控制终端 200也可以通过GPS获取智能安防机器人的实时位置，或者直接获取智能安防机器人通过上传的智能安防机器人的实时位置进行路径规 划。智能安防机器人在行走至最近的充电桩附近时，充电控制单元再 将激光雷达和红外传感器扫描的充电桩接口的具***置发送给远程控 制终端200，以进行充电接口位置的微调。优选地，激光雷达130安装 在智能安防机器人本体的中部，位于充电装置的上方，安装时需保证 270°范围内没有遮挡。并且，智能安防机器人的外壳上在安装激光雷 达130的位置设有开口，保证激光雷达130的使用环境。激光雷达130 能够探测周围障碍物，也能够在充电装置工作时，探测充电桩的位置， 确保充电电刷能够准确的***充电桩。在确认充电桩的位置无误后， 充电控制单元再发送控制信号给充电电机31使充电电刷与充电桩接口 对接，并通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判 断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给远程控制终端200。
使用时，充电电机31带动充电丝杠34转动，充电丝杠滑块35沿 充电丝杠34和导轨38向挡板33方向移动，由于传动杆36连接在充 电丝杠滑块35和充电电刷之间，充电电刷与充电丝杠滑块35同步向 外侧移动，伸出智能安防机器人本体，***充电桩进行充电，电能充 入智能安防机器人本体中的电池内。充电结束后，充电电机31带动充 电丝杠34反向转动，充电丝杠滑块35沿充电丝杠34和导轨38向支 撑板32方向移动，传动杆36带动充电电刷收回。
需要说明的是，电刷正极372和电刷负极373的位置和大小可以 根据需要发生变化，但相应的，充电桩也应调整，与充电装置的充电 电刷相匹配。
在本发明更优选的实施例中，该智能安防机器人100的主控模块 110还包括：
人脸识别单元，与视觉传感器120和无线通讯单元180连接，用 于根据采集的图像信息检测人脸，并根据预存的人脸信息对检测的人 脸进行识别，当识别失败时发送报警信号给声光提醒单元190进行报 警，同时将检测的人脸及报警信号通过无线通讯单元180发送给远程 控制终端200。因此，本发明具备人脸识别功能的智能安防机器人会自 动检测人脸，如发现未能识别的人员就会触发报警，即通知远程控制 终端并进行声光报警等。
在本发明更优选的实施例中，智能安防***的远程控制终端200 还用于根据智能安防机器人100上传的环境信息及报警信号进行统计， 分析各个时间和区域的安保情况，并对至少一个智能安防机器人100 的位置进行布置。因此，本发明远程控制终端200的数据分析主要是 提供大数据的分析，分析某个时间段某个区域内的安保情况，对未来 的智能安防机器人放置和处理提供科学的依据。
在本发明更优选的实施例中，该智能安防机器人100还具有基于 RFID标签对位置进行校正的功能。请结合参阅图7和图8，分别为根 据本发明优选实施例的智能安防机器人的底部结构示意图以及RFID 标签布置示意图。如图所示，智能安防机器人100还包括：安装在智 能安防机器人100底部的至少一个RFID读卡器2，用于读取安装在行 进区域路面上的RFID标签9的信号。本发明预先在智能安防机器人 100的底部安装至少一个RFID读卡器2，并且在智能安防机器人100 的巡逻区域的路面上布置多个RFID标签9。优选地，所述至少一个 RFID读卡器2包括安装在智能安防机器人100的外壳底面交错排列的 两排RFID读卡器，例如图5中5个交错排列的两排RFID读卡器2， 以提高智能安防机器人100读取到RFID标签的概率。RFID读卡器2 的数量优选为3～10个。更优选地，安装在巡逻区域路面上的RFID标签9为沿垂直于智能安防机器人行进方向布置的至少一排RFID钉子标 签，并且相邻的RFID钉子标签的间距d小于智能安防机器人的宽度。 智能安防机器人100的行走机构170包括设置在底部两侧的两个主动 轮171，以及后端的一个万向轮172，RFID读卡器2优选分为两排交 叉布置在智能安防机器人100的前端，保证在智能安防机器人100车 宽范围内全覆盖，RFID读卡器2的线圈大小根据智能安防机器人要求 的定位误差进行确定。优选地，RFID读卡器2的线圈大小小于智能安 防机器人要求的定位精度，更优选为定位精度的2/3。当智能安防机器 人100依靠航迹推算行走到RFID标签9布置之处，且不会偏离RFID 标签9的布置范围，智能安防机器人100总会读到一到两个标签。
相应地，主控模块110还包括位置查找单元。该位置查找单元与 所述至少一个RFID读卡器2连接，用于根据读取的RFID标签信号的 电子编码从预先存储的表格中查找对应的RFID标签所在位置，并根据 RFID标签所在位置确定智能安防机器人的当前位置。RFID标签信号 中携带有电子编码(ID)的信息。本发明预先将各个RFID标签所在位 置与RFID标签的电子编码(ID)录入智能安防机器人中，形成用于查 询的表格并存储。主控模块110在获取该智能安防机器人的当前位置 时，可以对GPS获取的地理位置信息进行校正。
当至少一个RFID读卡器2包括安装在智能安防机器人外壳底面交 错排列的两排RFID读卡器时，位置查找单元根据读到RFID标签信号 的读卡器的安装位置与智能安防机器人几何中心的偏移量，对RFID标 签所在位置进行修正，得到智能安防机器人的当前位置。
首先，位置查找单元确定读取到RFID标签信号的RFID读卡器的 序号i，根据该序号获取第i个RFID读卡器的安装位置与智能安防机 器人几何中心的偏移量；再通过以下公式计算智能安防机器人的当前 位置(x,y)：
其中xr和yr分别为查找得到的RFID标签所在位置的横坐标和纵 坐标，ai和bi分别为读到RFID标签信号的第i个RFID读卡器的安装 位置与智能安防机器人几何中心在横轴的偏移量以及纵轴的偏移量。 例如，当智能安防机器人100的底部安装5个RFID读卡器2时，假设 确定当前读到RFID标签信号的RFID读卡器的序号为第5个时，则根 据该第5个RFID读卡器的安装位置与智能安防机器人几何中心的偏移 量对RFID标签所在位置进行修正，即
其中，a5和b5分别为读到RFID标签信号的RFID读卡器的安装位 置与智能安防机器人几何中心在横轴的偏移量以及纵轴的偏移量。
在本发明更优选的实施例中，该智能安防机器人100还包括安装 在智能安防机器人外壳上的防碰撞装置。
如图9和图10所示，本发明实施例提供的智能安防机器人的碰撞 防护装置包括防护外壳41、第一旋转轴42、第二旋转轴43、交错轴座 44和安装板46；防护外壳41安装在第一旋转轴42上；第一旋转轴42 穿设在交错轴座44上，且能够相对交错轴座44转动；第二旋转轴43 与第一旋转轴42呈异面垂直设置；交错轴座44套设固定于第二旋转 轴43上，第二旋转轴43安装在智能安防机器人的本体上，且能够相 对机器人转动。具体地，可以采用旋转轴承48安装在智能安防机器人 内部，使防护外壳41替代机器人前侧的部分防护外壳41，即，使机器 人前侧具有一块能够向各方向转动的防护外壳41。当机器人在行进过 程中碰到障碍物时，防护外壳41先与障碍物接触，根据接触位置和角 度的不同，会出现以下三种情况：(1)防护外壳41带动第一旋转轴42 转动；(2)防护外壳41、第一旋转轴42和交错轴座44整体带动第二 旋转轴43转动；(3)第一旋转轴42和第二旋转轴43同时发生转动。 三种转动方式都能实现减少碰撞对智能安防机器人100造成的碰撞伤 害。
优选地，本实施例中，第二旋转轴43可转动的安装在安装板46 上。在另一个实施方式中，第二旋转轴43也可以直接通过旋转轴承48 可转动的安装在智能安防机器人本体上。设置安装板46有利于实现机 器人碰撞防护装置的模块化安装，且结构简单，通用性好，能够更为 便捷地安装与拆卸该碰撞防护装置，并将其应用于不同型号的机器人 或者其他设备。
具体地，安装板46上还设有安装孔461，安装板46通过安装孔 461固定在智能安防机器人本体上。
优选地，可采用单独一个本实施例中的机器人碰撞防护装置安装 在智能安防机器人本体的前侧，也可以采用多个本实施例中的机器人 碰撞防护装置安装在智能安防机器人本体的周围。
如图9所示，防护外壳41通过固定架411可拆卸地安装在第一旋 转轴42上，如只需更换壳体，只更换防护外壳41即可。具体到本实 施例中，第一旋转轴42与防护外壳41平行设置，当然，在另一些实 施例中，根据实际情形需要，第一旋转轴42与防护外壳41之间也可以存在一定的夹角。防护外壳41的形状可以根据需要改变，在此不做 限定。
交错轴座44用于穿设第一旋转轴42的孔内设有旋转轴承48，第 一旋转轴42通过旋转轴承48可转动的穿设在交错轴座44上。本实施 例中，交错轴座44位于第一旋转轴42中间，当然，也可以根据需要 将交错轴座44设置在第一旋转轴42上其他位置。
优选地，交错轴座44与第一旋转轴42之间还设有限位弹簧45， 与限位弹簧45相配合的还设有一个限位块451。第一旋转轴42上设有 与限位块451相配合的平面或凹槽。限位块451的一部分沿限位弹簧 45的轴向穿设在限位弹簧45内，且该部分的长度小于限位弹簧45的 轴向长度，另一部分位于限位弹簧45的外侧，并与平面或凹槽的槽底 面配合，且宽度大于限位弹簧45的直径。
本实施例中采用的限位块451纵截面呈T型，顶面为平面，第一 旋转轴42上采用的也是平面。若第一旋转轴42采用凹槽与限位块451 相配合，则凹槽的底面积应当大于限位块451的顶面积。限位块451 与第一旋转轴42通过平面定位，限位弹簧45呈压缩状态，用于向第 一旋转轴42提供预紧力。
本实施例中，由于采用了平面定位和弹簧预紧，有效解决了现有 的碰撞防护装置中采用弹簧浮动安装造成的防护外壳41不稳定的问 题，避免了机器人本体9在不够平整的地面上移动时，防护外壳41发 生震动，造成碰撞防护装置的误判。
如图所示，交错轴座44套设在第二旋转轴43的中间并与第二旋 转轴43相对固定。第二旋转轴43与安装板46平行设置，两端通过旋 转轴承48可转动的安装在安装板46上，旋转轴承座481连接在安装 板46上，旋转轴承座481上用于穿设第二旋转轴43的过孔内设有旋 转轴承48，第二旋转轴43的两端穿设在旋转轴承48的内孔中，并可 以与交错轴座44一同相对安装板46转动。当然，在另一个实施例中， 第二旋转轴43和安装板46也可以根据实际需要而呈一定角度设置。
如图10所示，第二旋转轴43与安装板46之间也设有限位块451 和限位弹簧45。优选地，安装板46上设有一个空心圆柱，限位弹簧 45固定在空心圆柱内，限位块451的一部分沿限位弹簧45的轴向*** 限位弹簧45的中心孔，另一部分卡接在限位弹簧45外。限位块451 ***后，下方与安装板46之间留有一定余量，底部不接触安装板46， 起到缓冲与减震的作用。空心圆柱的作用是更好的限制限位弹簧45的 位置。限制的方法并不唯一，在另一个实施例中，也可以采用在安装 板46上设置柱形凹槽来辅助限制限位弹簧45的位置。限位块451和 限位弹簧45用于向第二旋转轴43提供平面定位和弹簧预紧。
本实施例中，限位块451和限位弹簧45位于交错轴座44与旋转 轴承座481之间，除了可以减小防护外壳41震动造成误判的可能性， 还可以起到缓冲与减震的功能，进一步减少碰撞时智能安防机器人本 体受到的冲击。当然，在另一个实施例中，限位块451和限位弹簧45 也可以设置在旋转轴承座481的外侧或者旋转轴承座481内部。
在另一个实施例中，也可以不设限位块451，限位弹簧45一端连 接在交错轴座44上，另一端直接连接在第一旋转轴42上；安装板46 与第二旋转轴43之间的限位弹簧45采用同样的方式安装。限位弹簧 45呈压缩状态，用于向第一旋转轴42或第二旋转轴43提供预紧力， 同时，限位弹簧45能够在发生碰撞时吸收部分冲击的力量，进一步减 少机器人受到的碰撞损伤。
第一旋转轴42和第二旋转轴43上均设有霍尔传感器47。如图所 示，本实施例中，一个霍尔传感器47套设在第一旋转轴42上且靠近 交错轴座44的位置，用于检测第一旋转轴42的旋转角度；另一个霍 尔传感器47套设在第二旋转轴43上且靠近端部的位置，用于检测第 二旋转轴43的旋转角度。
安装时，碰撞防护装置4的安装板46垂直安装在智能安防机器人 本体内，智能安防机器人的外壳上设有开口，防护外壳41嵌入外壳的 开口中，并可以相对智能安防机器人的外壳发生转动。优选地，碰撞 防护装置4设置在万向轮172的正上方，位于万向轮172和充电装置 之间，即碰撞防护装置4位于智能安防机器人本体的正前方。显然， 在其他实施例中，碰撞防护装置4也可以位于智能安防机器人本体的 侧前方、侧方或者正后方。
使用时，当防护外壳41受到碰撞，来自防护外壳41前方任意角 度的碰撞都会引起第一旋转轴42和第二旋转轴43转动，安装在第一 旋转轴42和第二旋转轴43上的霍尔传感器47会把角度信息反馈给机 器人的控制***，控制***发出机器人向与碰撞前运动方向相反的方 向运动，或者发出停止机器人继续向前运动的命令。
本实施例提供的碰撞防护装置4能够在各个方向减轻障碍物对机 器人的碰撞损伤，并且该碰撞防护装置可以作为机器人防碰撞的二级 保护装置，例如，在机器人避障失败后，减轻碰撞损伤。尤其是对于 尖杆类等难以用避障算法规避的障碍物，本发明提供的碰撞防护装置 尤为重要。并且该机器人碰撞防护装置采用模块化设计，结构简单， 通用性好，成本低，可靠性好。
综上所述，本发明提供的智能安防机器人能够在客户指定的区域 执行自主巡逻，同时具有GPS定位、自主规划路径、自主避障、自主 充电等功能，实现了自主巡航功能；智能安防机器人本身搭载了云台、 红外成像、气体检测、烟雾检测、辐射监测等模块，实时采集巡航区 域的音视频、气体、烟雾、红外、辐射等信息，通过无线控制网络将 这些信息传输到远程控制终端，并且智能安防机器人可以通过数据分 析对巡防区域的异常情况作出报警等响应，实现了“足不出户，智能 安防”的目的。本发明提供的智能安防***通过至少一个安防机器人、 无线网络和运程控制终端，建立了物联网，实现了库区、厂区等应用 领域的智能化安防。
应该理解地是，本发明的智能安防***基于本发明提供的智能安 防机器人，因此对智能安防机器人的具体实施例的阐述也适用于智能 安防***。
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。

Claims (10)

1.一种智能安防机器人，其特征在于，包括主控模块、视觉传感器、激光雷达、超声波传感器、多个环境传感器、GPS单元、行走机构、无线通讯单元和声光提醒单元；
所述主控模块与所述视觉传感器、GPS单元和行走机构连接，用于根据所述视觉传感器扫描的环境地图以及GPS单元获取的地理位置信息规划路径，发送信号控制所述行走机构按照规划的路径行走；
所述主控模块还与所述激光雷达和超声波传感器连接，用于根据激光雷达、超声波传感器和视觉传感器采集的信息确定障碍物的特征信息，根据障碍物的特征信息确定避障方式，并发送信号控制所述行走机构避开障碍物；
所述主控模块还与所述多个环境传感器、无线通讯单元和声光提醒单元连接，用于将所述多个环境传感器采集的环境信息通过无线通讯单元发送给远程控制终端，并在对所述环境信息检测异常时发送报警信号给所述声光提醒单元和远程控制终端进行报警。
2.根据权利要求1所述的智能安防机器人，其特征在于，所述多个环境传感器包括：红外传感器、烟雾传感器、气体传感器、温湿度传感器和辐射传感器。
3.根据权利要求1所述的智能安防机器人，其特征在于，所述主控模块包括：
巡航控制单元，用于根据所述视觉传感器扫描的环境地图以及GPS单元获取的地理位置信息规划路径，发送信号控制所述行走机构按照规划的路径行走；
避障控制单元，用于根据激光雷达、超声波传感器和视觉传感器采集的信息确定障碍物的特征信息，根据障碍物的特征信息确定避障方式，并发送信号控制所述行走机构避开障碍物；
环境监测单元，用于将所述多个环境传感器采集的环境信息通过无线通讯单元发送给所述远程控制终端，并在对环境信息检测异常时发送报警信号给所述声光提醒单元和远程控制终端进行报警。
4.根据权利要求3所述的智能安防机器人，其特征在于，所述避障控制单元在根据障碍物的特征信息确定避障方式时，当通过算法模拟发现不能避开障碍物时，通过所述无线通讯单元反馈给所述远程控制终端。
5.根据权利要求3所述的智能安防机器人，其特征在于，所述智能安防机器人还包括充电装置；所述主控模块还包括：
充电控制单元，与所述充电装置和无线通讯单元连接，用于检测电池电量并通过所述无线通讯单元反馈给所述远程控制终端，并接收远程控制终端发送的充电指令，控制充电装置与充电桩对接实现充电；
所述远程控制终端在电池电量低于预设阈值时发送充电指令给所述智能安防机器人，并根据智能安防机器人的实时位置及充电桩的位置规划路径，并发送给所述巡航控制单元。
6.根据权利要求3所述的智能安防机器人，其特征在于，所述充电装置包括充电电机、充电丝杠、充电丝杠滑块、传动杆、挡板、充电电刷和电流检测传感器；
所述充电丝杠的一端与所述充电电机的输出轴连接，另一端与所述挡板连接，且所述充电丝杠能够相对所述挡板转动，所述充电丝杠滑块套设在所述充电丝杠上；所述传动杆与所述充电丝杠平行设置，且所述传动杆的一端与所述充电丝杠滑块连接，另一端穿过所述挡板与所述充电电刷连接；所述充电丝杠转动时，所述充电丝杠滑块沿所述充电丝杠轴向移动，并通过所述传动杆推动所述充电电刷移动；所述电流检测传感器用于检测充电电流；
所述充电控制单元与所述激光雷达、红外传感器、充电电机和电流检测传感器连接，用于将激光雷达和红外传感器扫描的充电桩接口的位置发送给所述远程控制终端进行充电接口位置微调，并发送控制信号给所述充电电机使所述充电电刷与充电桩接口对接，并通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给所述远程控制终端。
7.根据权利要求3所述的智能安防机器人，其特征在于，所述主控模块还包括：
人脸识别单元，与所述视觉传感器和无线通讯单元连接，用于根据采集的图像信息检测人脸，并根据预存的人脸信息对检测的人脸进行识别，当识别失败时发送报警信号给所述声光提醒单元进行报警，同时将检测的人脸及报警信号通过无线通讯单元发送给所述远程控制终端。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的智能安防机器人，其特征在于，所述智能安防机器人还包括：安装在智能安防机器人底部交错排列的至少两排RFID读卡器，用于读取安装在巡逻区域路面上的RFID标签的信号；所述主控模块还包括：
位置查找单元，与所述至少两排RFID读卡器连接，用于根据读取的RFID标签信号的电子编码从预先存储的表格中查找对应的RFID标签所在位置，并根据RFID标签所在位置确定智能安防机器人的当前位置；其中所述位置查找单元确定读取到RFID标签信号的RFID读卡器的序号i，根据该序号获取第i个RFID读卡器的安装位置与智能安防机器人几何中心的偏移量；再通过以下公式计算智能安防机器人的当前位置(x,y)：
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其中xr和yr分别为查找得到的RFID标签所在位置的横坐标和纵坐标，ai和bi分别为读到RFID标签信号的第i个RFID读卡器的安装位置与智能安防机器人几何中心在横轴的偏移量以及纵轴的偏移量。
9.根据权利要求2～7中任一项所述的智能安防机器人，其特征在于，所述智能安防机器人还包括安装在智能安防机器人外壳上的防碰撞装置；所述碰撞防护装置包括防护外壳、第一旋转轴、第二旋转轴和交错轴座；所述防护外壳安装在所述第一旋转轴上；所述第一旋转轴穿设在所述交错轴座上，且能够相对所述交错轴座转动；所述第二旋转轴与所述第一旋转轴呈异面垂直设置；所述交错轴座套设固定于所述第二旋转轴上，且能够带动所述第二旋转轴相对机器人本体转动。
10.一种智能安防***，其特征在于，包括远程控制终端以及与之通信的至少一个如权利要求1～9中任一项所述的智能安防机器人。
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