CN215281955U - 楼宇安防巡逻机器人 - Google Patents

Abstract

楼宇安防巡逻机器人属于自动化领域。楼宇安防巡逻机器人包括主控***、行动***、环境监测硬件***、通信***。在上层，采用树莓派4B作为上位机，上位机和下位机通过串口进行通信，采用RPLIDAR a1激光雷达搭载一块树莓派摄像头；在底层采用麦克纳姆轮底盘，基于stm32控制器和驱动模块对电机进行驱动。火焰传感器和烟雾传感器，连接到另一块专用于传感器的stm32开发板，再通过串口将所检测到的信息传输给上位机。同时采用了光电开关和超声波传感器。机器人可自主完成巡逻任务，也可在手动模式下由用户完成指定巡航。

Description

楼宇安防巡逻机器人

技术领域

本实用新型是楼宇安防巡逻机器人的软硬件开发，属于自动化领域。

背景技术

目前楼宇等室内环境的安全保障工作，多由监控摄像头及火灾报警器，防盗门窗等固定设备组成。在日常生活中，这些固定设备能够基本满足日常的安防需求，但也存在着一些缺陷。例如监控摄像头，目前已经能够提供高画质、高帧率的视频信号，并上传到用户终端，能够适用于室内环境的监测，完成安防的任务。但若要无死角、全方位地监控室内的每一个角落，便需要大量安装才能达到全覆盖。目前市面上的监控摄像头价格多集中在200-1000元的区间，若要在一处室内环境里安装多个监控摄像头，成本也是较为高昂的。同时，监控画面需要用户实时进行查看，虽然摄像头能够长时间不间断运行，但用户在现实中难以做到长时间坐在电脑屏幕前，逐个画面进行检查。对于报警器等装置，能够较为灵敏的监测到火灾、非法入侵等意外情况，但它们的缺点主要在于室内无人的情况下，无法直接的传递消息给主人，必须在有人值守的情况下才能较好发挥作用。

基于以上条件，本实用新型的构想便应运而生。采用一台楼宇安防巡逻机器人，基于机器人小车这样一个移动平台，进行全方位、无死角的环境监测，并实时传输环境信息到用户端，能够更好地满足楼宇的安防任务，并降低使用成本。机器人能够在楼宇环境中，依靠激光雷达和光电传感器自主进行巡逻并避障，同时使用摄像头进行环境监控，通过互联网传输视频信号，还能够利用传感器监测火灾等意外情况并通知给用户。

在后期维护方面，只需要对这一台机器人进行维护即可，省去了逐个检查室内各处传感器的不便，机器人上的各个配件如有损坏也只需进行模块化更换即可，无需整体拆装。

发明内容

本设计的主要目的是设计实现一款楼宇安防巡逻机器人，适用于楼宇、仓库、厂房等地段的安全保障工作，要求该机器人能够在无人的情况下，对楼宇环境进行动态的自动检测，协助楼宇智能安防设备，实现完备的安防***。

本设计主要进行了硬件***、软件***和整车功能的设计与调试。机器人能够实现实现移动定位、环境监测、视频采集、主动避让人体等功能，机器人可自主完成巡逻任务，也可在手动模式下由用户完成指定巡航，用户可通过软件方便地操纵机器人。

技术比较

经过与现有相关技术的对比，本设计有如下优势：

1、成本较低，相比于固定安防设备，一台移动机器人能够以高性价比完成安防任务。维护相对方便，只需模块化更换配件即可，同一配件可以批量采购，经济效益可观。

2、体积较小，能够灵活的到达室内环境的每一个角落，更加有效地保障楼宇的安全。

3、具有上层操作***，能够在现有功能的基础上进行更高层次的扩展，相较于底层的单片机具有更强大的功能。

附图说明

图1为安防巡逻机器人正视图

图2为安防巡逻机器人左视图

图3为安防巡逻机器人俯视图

图4为安防巡逻机器人左前视图

图5为安防巡逻机器人硬件结构说明

具体实施方式

机器人的硬件***主要包括主控***、行动***、环境监测硬件***、通信***。

在上层，采用树莓派4B作为上位机，用于顶层的控制。上位机和下位机通过串口进行通信，传输速度控制信息。我们采用RPLIDAR a1激光雷达获取环境信息，从而进行建图和定位。同时搭载一块树莓派摄像头，用于实时监测环境信息并传输给工作人员。

在底层，我们采用麦克纳姆轮底盘，基于stm32控制器和驱动模块对电机进行驱动。相较于差速轮底盘，麦克纳姆轮底盘能够使小车十分灵活地移动。为监测火灾，我们采用火焰传感器和烟雾传感器，连接到另一块专用于传感器的stm32开发板，再通过串口将所检测到的信息传输给上位机。为了实现避障，我们使用了光电开关和超声波传感器。光电开关用于快速反应，能够及时检测突然接近的障碍或人体，来弥补激光雷达反应速度较慢的不足，从而避免碰撞。

此外，机器人的供电***主要为两块11.1V、3500mAh的锂电池及电源模块分别对底层***和树莓派进行供电，也对顶层的激光雷达和依托树莓派USB端口进行供电。

本机器人在上位机树莓派4B中，安装Ubuntu Mate***，基于ROS平台，通过ROS节点的方式实现各功能程序之间的运行与通信。包括主要包括底层控制节点，传感器节点，键盘控制节点，激光雷达节点，摄像头节点，amcl定位节点，move_base节点，RVIZ节点，导航点发布节点等。

首先利用SLAM算法和Gmapping功能包，基于RPLIDAR a1激光雷达对室内环境进行建图，利用键盘控制节点手动控制小车在室内环境中运行，使激光雷达能够探测到每一个角落。

获取好地图后，利用amcl算法，根据激光雷达实时获取到的数据进行定位。随后导航点发布节点以坐标及四元数的形式依次发布我们已经设定好的导航点，move_base节点负责进行路径规划，以xyz三个轴的速度的形式，发布运动控制消息到cmd_vel话题，底层控制节点接收到该话题的消息后，将速度信息转化为底层控制器能够接收的形式，再通过串口逐字节发送到下位机。下位机接收到串口信息后，调用运动分析函数，输入xyz三个轴的速度，解算出对应4台电机的转动方向和转速，从而实现运动控制。

当到达一个导航点且满足误差要求后，move_base节点反馈给导航点发布节点，接着导航点发布节点继续发布下一个导航点，一直循环此操作，从而实现室内巡逻。

在图像方面，摄像头节点调用树莓派OV5647摄像头，将视频信号显示到屏幕上，用于监控环境信息。OV5647摄像最高分辨率能够达到2592x 1944，能较好的满足安防需求。同时我们还利用OpenCV软件库，实现人脸检测，用于检测当前的环境中出现的人员。

在第二块用于传感器的stm32开发板上，搭载了光电开关，火焰传感器，烟雾传感器。光电开关快速检测接近的障碍物，一旦距离超过阈值，便进入触发状态，开发板检测到后通过串口发送到上位机，上位机接收到后，通过底层控制节点，向小车发送反向运动的速度指令，从而实现快速避障。火焰传感器和烟雾传感器皆以数字模式运行，当检测到火焰或烟雾时，便输出低电平到开发板，开发板再通过串口发送当前环境状态到上位机。

性能参数

Claims (2)

1.楼宇安防巡逻机器人，其特征在于：包括主控***、行动***、环境监测硬件***、通信***；

在上层，采用树莓派4B作为上位机，上位机和下位机通过串口进行通信，采用RPLIDARa1激光雷达搭载一块树莓派摄像头；

在底层采用麦克纳姆轮底盘，基于stm32控制器和驱动模块对电机进行驱动；火焰传感器和烟雾传感器，连接到另一块专用于传感器的stm32开发板，再通过串口将所检测到的信息传输给上位机；同时采用了光电开关和超声波传感器。

2.根据权利要求1所述的楼宇安防巡逻机器人，其特征在于：机器人的供电***包括两块11.1V、3500mAh的锂电池，以及电压转换模块；供电***分别对底层***和上位机树莓派进行供电，激光雷达通过树莓派的USB端口进行供电。

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