一种消防机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种消防机器人系统，包括无刷电机、锂电池、电机驱动、无线数传系统、电源转换模块、控制器、无线图传系统、GPS定位系统、传感器、遥控系统，所述控制器的输出端分别与电机驱动器、无线数传系统、无线图传系统、遥控系统、传感器和GPS定位系统的输入端并联连接，所述锂电池的输出端分别连接电机驱动器和电源转换模块的输入端，所述电源转换模块的输出端与控制器的输入端连接，所述电机驱动器的输出端与无刷电机的输入端连接。本发明专利技术功能多、可靠性高、结构简单、易扩展、易维修保养。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及消防装备
，尤其是一种消防机器人系统。
技术介绍
随着社会经济的发展，各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，相应地，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患也就不断增加。这些灾害的特点恰恰在于突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难。而一旦此类灾害事故发生，消防员在面对高温、黑暗、剧毒和浓烟等各类极度危险的环境时，若没有配备相应的设备便贸然冲进现场，不仅难以完成任务，人员伤亡的几率亦会大大增加。根据公安部消防局的数据统计，全国2005年到2013年发生火灾169万起，在救火抢险一线上牺牲的公安消防员达89人，累计共有687名消防员伤残。而2015年8月12日天津港瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故在173个遇难者中更有104名消防人员牺牲，科技武装实现“机器换人”，保障消防员安全变得迫在眉睫。尽管有着重重装备的保护，人类的生命在数吨乃至数十吨TNT量级的爆炸面前，依旧是脆弱的。于是，我们不禁设想，假如，在“8·12”爆炸发生的第一时间，进入火场的是消防机器人，而非血肉之躯的消防队员，至少他们的命运肯定会有所不同。在如此背景之下，作为特种机器人中的一类，消防机器人应运而生，在灭火和抢险救援中发挥着越发重要的作用。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。研发一种能代替消防人员进入火灾现场，对事故现场各项数据进行检测，甚至直接进行消防工作和救援的消防机器人，是非常紧迫和必须的。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术的目的是提供一种消防机器人系统。本专利技术的技术方案是：一种消防机器人系统，包括无刷电机、锂电池、电机驱动、无线数传系统、电源转换模块、控制器、无线图传系统、GPS定位系统、传感器、遥控系统，所述控制器的输出端分别与电机驱动器、无线数传系统、无线图传系统、遥控系统、传感器和GPS定位系统的输入端并联连接，所述锂电池的输出端分别连接电机驱动器和电源转换模块的输入端，所述电源转换模块的输出端与控制器的输入端连接，所述电机驱动器的输出端与无刷电机的输入端连接。进一步的，所述控制器采用STM32F103为主控制器，与控制传感器进行数据采集，与无线数传系统进行数据通信，与遥控系统进行近距离无线遥控，控制电机驱动器。进一步的，所述无线图传系统采用罗美公司的1.2GHz无线音视频传输系统，发射功率可以达到1W，空旷地带传输距离可以达到5公里以上；接收端通过天线接收，直接将图像交由显示器或通过视频采集卡转成数字信号通过计算机来进行观看，为模拟驾驶系统提供视觉信息。进一步的，所述无线数传系统采用一款基于SEMTECH公司SX1278射频芯片的无线串口模块(UART)，透明传输方式，工作在410-441MHz频段，共有32个信道，最大1W发射功率，最大数据传输距离可达7500米，LoRa扩频技术，TTL电平输出。进一步的，所述遥控系统是近程遥控系统，通过一套2.4GHZ的九通道遥控器，有效控制距离500米以上。进一步的，所述电源转换系统主要完成对内部模块的供电需求，将48V直流降压成12V和5V，对控制器、无线图传等设备进行供电。进一步的，所述电机驱动器采用的是R/C信号控制方式的双路直流电机驱动器，电流可达30A，采用的是速度闭环模式。进一步的，所述GPS定位系统由微处理器、数据存储和信息通道单元组成；以全球的人造定位卫星为基础，GPS接收机通过卫星天线接收到数据，并对数据进行解析获取经纬度、车速等有用信息，再通过串口发送到主微控制器显示出实时位置坐标；GPS定位系统采用U-BLOX公司的NEO-6M芯片。进一步的，所述传感器由温度传感器、湿度传感器和MQ系列传感器模块组成，负责火灾现场的温湿度变化、有害气体的监测以及车体电池电压，温度传感器采用DS18B20，湿度传感器采用DH11，MQ-7传感器采集有害气体浓度信息。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：基于Android或PC平台的远程控制终端，应用先进的软件开发技术实现对机器人的操控、相互通信及信息处理。本系统具有网络化、自主化、深度人机交互等特点。远程控制终端基于PC和Android平台，综合现有的主流软件开发技术(MVC架构、Android技术)，具有大方、简洁、友好的人机交互界面；人性化的按键布局；高可靠的按键和触屏设计。本专利技术功能多、可靠性高、结构简单、易扩展、易维修保养。附图说明图1为本专利技术的系统图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图所示，一种消防机器人系统，包括无刷电机、锂电池、电机驱动、无线数传系统、电源转换模块、控制器、无线图传系统、GPS定位系统、传感器、遥控系统，控制器的输出端分别与电机驱动器、无线数传系统、无线图传系统、遥控系统、传感器和GPS定位系统的输入端并联连接，锂电池的输出端分别连接电机驱动器和电源转换模块的输入端，电源转换模块的输出端与控制器的输入端连接，电机驱动器的输出端与无刷电机的输入端连接。车体控制器采用STM32F103为主控制器，与控制传感器进行数据采集，与无线数传系统进行数据通信，与遥控系统进行近距离无线遥控，控制电机驱动器。由于任务繁多，利用了STM的多任务调度功能，实现多任务之间的时间分配，使每个功能都能完美实现。信号采集模块主要负责采集实时场景，需要满足能够及时、准确地采集清晰图像的要求，并且将图像信息以一定的数据格式输出。采用海康威视的700线高清模拟摄像机来实现图像信号的采集。摄像头模块将采集后的模拟图像传输给无线图传系统。无线图传系统采用罗美公司的1.2GHz无线音视频传输系统，发射功率可以达到1W，空旷地带传输距离可以达到5公里以上；接收端通过天线接收，直接将图像交由显示器或通过视频采集卡转成数字信号通过计算机来进行观看，为模拟驾驶系统提供视觉信息。无线数传系统采用一款基于SEMTECH公司SX1278射频芯片的无线串口模块(UART)，透明传输方式，工作在410-441MHz频段，共有32个信道，最大1W发射功率，最大数据传输距离可达7500米，LoRa扩频技术，TTL电平输出。该系统具有数据加密和压缩功能。模块在空中传输的数据，具有随机性，通过严密的加解密算法，使得数据截获失去意义。而数据压缩功能有概率减小传输时间，减小受干扰的概率，提高可靠性和传输效率。无线数传系统与微处理器之间采用串行通信，接口速率可达115200bps，空中传输速率可达19200bps，完全满足车体的实施运动控制及相关数据的上传。上位机可通过计算机软件进行上传数据的查看，并可以通过模拟驾驶系统实现远程驾驶。遥控系统是近程遥控系统，通过一套2.4GHZ的九通道遥控器，有效控制距离500米以上，实现对车体的近程控制，遥控接收端将遥控数据通过串行通信传入微控制器，微控制器通过双控制系统的协同操作，实现上位机和近程遥控系统同时对车体的双控制。电源转换系统主要完成对内部模块的供电需求，将48V直流降压成12V和5V，对控制器、无线图传等设备进行供电。基于车体电机采用的是两路48V无刷电机作为驱动电机，电机驱动器采用的是R/C信号控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消防机器人系统，其特征在于，包括无刷电机、锂电池、电机驱动、无线数传系统、电源转换模块、控制器、无线图传系统、GPS定位系统、传感器、和遥控系统，所述控制器的输出端分别与电机驱动器、无线数传系统、无线图传系统、遥控系统、传感器和GPS定位系统的输入端连接，所述锂电池的输出端分别连接电机驱动器和电源转换模块的输入端，所述电源转换模块的输出端与控制器的输入端连接，所述电机驱动器的输出端与无刷电机的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种消防机器人系统，其特征在于，包括无刷电机、锂电池、电机驱动、无线数传系统、电源转换模块、控制器、无线图传系统、GPS定位系统、传感器、和遥控系统，所述控制器的输出端分别与电机驱动器、无线数传系统、无线图传系统、遥控系统、传感器和GPS定位系统的输入端连接，所述锂电池的输出端分别连接电机驱动器和电源转换模块的输入端，所述电源转换模块的输出端与控制器的输入端连接，所述电机驱动器的输出端与无刷电机的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种消防机器人系统，其特征在于，所述控制器与传感器电连接进行数据采集，与所述无线数传系统信号连接，与所述遥控系统进行近距离无线遥控，控制电机驱动器。3.根据权利要求1所述的一种消防机器人系统，其特征在于，所述无线图传系统采用1.2GHz无线音视频传输系统，发射功率为1W。4.根据权利要求1所述的一种消防机器人系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝志鹏，刘毅，李国燕，鲁维佳，张宗辉，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津;12