一种基于图像处理的灭火机器人及智能消防灭火方法技术

本发明专利技术公开一种基于图像处理的灭火机器人及智能消防灭火方法。灭火机器人包括车体以及设置在车体上的视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统和供电系统；供电系统由电池组和电源稳压模块组成，分别与视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统和移动平台系统相连接并为其提供电源；控制系统分别与视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统和移动平台系统相连接并起到控制作用；ZIGBEE信号收发模块与数字信号处理模块连接，起到数据传输作用；移动平台系统包括履带，主动轮和移动平台控制模块；移动平台上布设其余各系统的相应部件。采用灭火机器人能够自动识别路径并进入火场独立完成灭火。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理的灭火机器人及智能消防灭火方法
本专利技术涉及消防灭火领域，特别是涉及一种基于图像处理的灭火机器人及智能消防灭火方法。
技术介绍
当前我国常见的消防灭火方法为消防人员进入火场对某一需要灭火的区域进行水枪喷射，这种方式存在很多缺点：1、一些火势极其浩大的场所，消防员不能进入其中灭火，导致大火弥漫，愈演愈烈；2、消防员赶到火场需要一定时间，然而火情需要及时发现及时消灭，很多情况就是因为没有及时消灭小的火情而演变成火灾；3、火场形势复杂多变，消防人员会有生命危险；这是因为火场烟雾很浓，有毒气体对消防员身体伤害很大，消防员很可能因为气体中毒而丧失生命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于图像处理的灭火机器人及智能消防灭火方法，能够自动识别路径并进入火场独立完成取水灭火。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于图像处理的灭火机器人，包括：车体以及设置在车体上的视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统、供电系统；所述供电系统与视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统分别相连接并为其提供电源，所述视频采集系统通过控制系统与机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统相连接，所述控制系统与车体相连接实现灭火机器人的行走，其特征在于，所述车体包括主动轮和设置在主动轮上的履带；所述视频采集系统采用双目摄像头水；所述机械臂系统包括镜像结构的左机械臂和右机械臂；所述灭火水炮系统包括水炮电机，水平方向旋转连接管,竖直方向旋转喷水口；控制系统为控制箱，所述控制箱包括电源稳压模块、机械爪臂控制模块、ZIGBEE信号收发模块、数字信号处理模块、嵌入式控制器、消防栓连接器控制模块、水管收束控制模块、移动平台控制模块和水炮控制模块；所述电源稳压模块与电池组连接并为其输入电源，还与机械爪臂控制模块，ZIGBEE信号收发模块，数字信号处理模块，嵌入式控制器，消防栓连接器控制模块，水管收束控制模块，移动平台控制模块，水炮控制模块连接并为其提供各自对应的工作电源，所述机械爪臂控制模块与左机械臂以及右机械臂的各舵机连接并为其提供电源，所述ZIGBEE信号收发模块与数字信号处理模块连接，可将传入数字信号处理模块的图像远程传送至移动设备上，用于观测火场火势情况，所述数字信号处理模块与双目摄像头相连接，用于控制双目摄像头的转动，以及接收、处理与分析双目摄像头机箱传入的实时图像，再将分析所得信息传入嵌入式控制器，所述嵌入式控制器与各模块相连接，用于协调机器人的动作，完成灭火工作，所述消防栓连接器控制模块与嵌入式控制器相连，用于机器人自带水管与消防栓的连接，以及控制消防栓阀门的开闭，所述水管收束控制模块与嵌入式控制器相连，用于控制中心水管转接头的旋转，带动控制机器人自带水带的收张，所述移动平台控制模块与嵌入式控制器相连，用于控制主动轮以及履带的转动，从而控制机器人的车体运动，所述水炮控制模块与嵌入式控制器相连，用于控制水炮电机的转动，以及水平方向旋转连接管和竖直方向旋转喷水口的运动，控制水炮的开关以及喷射方向。可选的，所述双目摄像头包括双目摄像头水平方向旋转舵机和双目摄像头机箱，以及双目摄像头竖直方向旋转舵机。可选的，所述左机械臂包括左机械臂底座、左机械臂大臂、左机械臂小臂、左机械臂爪头、置于以上部件内部的左大臂水平方向旋转舵机、左大臂竖直方向旋转舵机、左小臂竖直方向旋转舵机、左小臂中心轴方向旋转舵机和左机械臂爪头收张舵机；所述右机械臂包括右机械臂底座、右机械臂大臂、右机械臂小臂、右机械臂爪头、置于以上部件内部的右大臂水平方向旋转舵机、右大臂竖直方向旋转舵机、右小臂竖直方向旋转舵机、右小臂中心轴方向旋转舵机和右机械臂爪头收张舵机。可选的，所述左机械臂的左机械臂底座与左机械臂大臂相连，左机械臂底座与左机械臂小臂相连，左机械臂小臂与左机械臂爪头相连，左大臂水平方向旋转舵机置于左机械臂底座内部，可使左机械臂底座与左机械臂底座水平方向之间旋转，左大臂竖直方向旋转舵机置于左机械臂大臂内部，可使左机械臂大臂与左机械臂底座竖直方向之间旋转，左小臂竖直方向旋转舵机置于左机械臂小臂内部，可使左机械臂大臂与左机械臂小臂竖直方向之间旋转，左小臂中心轴方向旋转舵机可使左机械臂爪头和左机械臂小臂绕中心轴方向旋转，左机械臂爪头收张舵机置于左机械臂小臂内部，可使左机械臂爪头收张；所述右机械臂与所述左机械臂互为镜像结构。可选的，所述水管箱系统包括水管收束舵机、中空液体流动腔、T型水管头和软质水管连接口。可选的，所述消防栓水管箱内放置了消防栓软质水管和中心水管接头。消防栓阀门控制器内置有消防栓阀门旋转扇叶和消防栓轮辐施力柱，消防栓阀门旋转扇叶和消防栓轮辐施力柱可绕中心轴旋转，消防栓阀门控制器与消防栓阀门舵机相连，消防栓阀门舵机可使消防栓阀门控制器竖直方向上运动；消防栓水管接头与消防栓水管接头舵机连接，消防栓水管接头舵机可使消防栓水管接头绕水管圆柱截面中心轴旋转。可选的，所述中心水管转接头初始时被消防栓软质水管所缠绕，水管收束舵机可使T型水管头旋转，从而使消防栓软质水管缠绕或释放；消防栓软质水管释放后，由消防栓中流出的水通过消防栓软质水管和软质水管连接口，可在中空液体流动腔流动，从T型管的水管收束舵机相对的一头流出，流入水炮中。可选的，所述供电系统为锂电池组，所述锂电池组由十六块锂电池级联和并联而成；所述锂电池组通过电源线与电源稳压模块连接并为其提供电源。一种智能消防灭火方法，包括：当灭火机器人进入到火灾楼层时，通过视屏采集模块实时采集前方区域的图像，并将采集到的图像送入数字信号处理器分析和处理；所述数字信号处理器获取楼道的图片信息并提取图片的Haar特征，然后使用特征点匹配等一系列算法找到消防门在三维坐标系中与机器人的相对位置，然后所述数字信号处理器将处理得到的结果送入到嵌入式控制器，所述嵌入式控制器根据所接收到的消防门与机器人在三维坐标中的相对位置信息对移动平台控制模块发出控制车体的履带转动一定的角度然后移动到消防门的正前方处的指令，控制履带进行移动的工作；所述嵌入式控制器通过机械爪臂控制模块控制右机械臂移动到消防门门把手处，并通过右机械臂爪头收张舵机控制爪头抓住门把手；抓住门把手的同时，所述嵌入式控制器通过所述机械爪臂控制模块控制右机械臂的移动将门打开一个比较大的缝隙，同时控制左机械臂移动到门把手的另一边并将门完全撑开；在门撑开的同时，所述嵌入式控制器通过通过机械爪臂控制模块控制右机械臂移动到门把手的另一边将门撑住，在门打开到最大后，所述嵌入式控制器控制移动平台控制模块控制移动平台进入到门内去，同时通过机械爪臂控制模块控制右机械臂的旋转保持门为完全撑开状态；在灭火机器人完全进入到门内以后，嵌入式控制器通过通过机械爪臂控制模块控制右机械臂收回；当灭火机器人通过消防门后，通过视屏采集模块实时采集前方区域的图像，并将采集到的图像送入所述数字信号处理器；所述数字信号处理器使用图像识别的一系列算法对传送过来的图像进行分析和处理；所述数字信号处理器将处理结果送入到所述嵌入式控制器，所述嵌入式控制器根据所述移动平台控制模块所在区域内的消防栓的位置情况，控制移动平台移动到消防栓的正前方处；当灭火机器人到达消防栓正前方处时，视屏采集模块对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像处理的灭火机器人，包括：车体(2)以及设置在车体(2)上的视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统、供电系统；所述供电系统与视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统分别相连接并为其提供电源，所述视频采集系统通过控制系统与机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统相连接，所述控制系统与车体(2)相连接实现灭火机器人的行走，其特征在于，所述车体(2)包括主动轮(1b)和设置在主动轮(1b)上的履带(1a)；所述视频采集系统采用双目摄像头水；所述机械臂系统包括镜像结构的左机械臂(5)和右机械臂(6)；所述灭火水炮系统包括水炮电机(9a)，水平方向旋转连接管(9b),竖直方向旋转喷水口(9c)；控制系统为控制箱(4)，所述控制箱(4)包括电源稳压模块(4a)、机械爪臂控制模块(4b)、ZIGBEE信号收发模块(4c)、数字信号处理模块(4d)、嵌入式控制器(4e)、消防栓连接器控制模块(4f)、水管收束控制模块(4g)、移动平台控制模块(4h)和水炮控制模块(4i)；所述电源稳压模块(4a)与电池组(3)连接并为其输入电源，还与机械爪臂控制模块(4b)，ZIGBEE信号收发模块(4c)，数字信号处理模块(4d)，嵌入式控制器(4e)，消防栓连接器控制模块(4f)，水管收束控制模块(4g)，移动平台控制模块(4h)，水炮控制模块(4i)连接并为其提供各自对应的工作电源，所述机械爪臂控制模块(4b)与左机械臂(5)以及右机械臂(6)的各舵机连接并为其提供电源，所述ZIGBEE信号收发模块(4c)与数字信号处理模块(4d)连接，可将传入数字信号处理模块(4d)的图像远程传送至移动设备上，用于观测火场火势情况，所述数字信号处理模块(4d)与双目摄像头(10)相连接，用于控制所述双目摄像头的转动，以及接收、处理与分析双目摄像头(10)传入的实时图像，再将分析所得信息传入嵌入式控制器(4e)，所述嵌入式控制器(4e)与各模块相连接，用于协调机器人的动作，完成灭火工作，所述消防栓连接器控制模块(4f)与嵌入式控制器(4e)相连，用于机器人自带水管与消防栓的连接，以及控制消防栓阀门的开闭，所述水管收束控制模块(4g)与嵌入式控制器(4e)相连，用于控制中心水管转接头(8)的旋转，带动控制机器人自带水带的收张，所述移动平台控制模块(4h)与嵌入式控制器(4e)相连，用于控制主动轮(1b)以及履带(1a)的转动，从而控制机器人的车体(2)运动，所述水炮控制模块(4i)与嵌入式控制器(4e)相连，用于控制水炮电机(9a)的转动，以及水平方向旋转连接管(9b)和竖直方向旋转喷水口(9c)的运动，控制水炮的开关以及喷射方向。...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的灭火机器人，包括：车体(2)以及设置在车体(2)上的视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统、供电系统；所述供电系统与视频采集系统、机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统、控制系统分别相连接并为其提供电源，所述视频采集系统通过控制系统与机械臂系统、灭火水炮系统、水管箱系统相连接，所述控制系统与车体(2)相连接实现灭火机器人的行走，其特征在于，所述车体(2)包括主动轮(1b)和设置在主动轮(1b)上的履带(1a)；所述视频采集系统采用双目摄像头水；所述机械臂系统包括镜像结构的左机械臂(5)和右机械臂(6)；所述灭火水炮系统包括水炮电机(9a)，水平方向旋转连接管(9b),竖直方向旋转喷水口(9c)；控制系统为控制箱(4)，所述控制箱(4)包括电源稳压模块(4a)、机械爪臂控制模块(4b)、ZIGBEE信号收发模块(4c)、数字信号处理模块(4d)、嵌入式控制器(4e)、消防栓连接器控制模块(4f)、水管收束控制模块(4g)、移动平台控制模块(4h)和水炮控制模块(4i)；所述电源稳压模块(4a)与电池组(3)连接并为其输入电源，还与机械爪臂控制模块(4b)，ZIGBEE信号收发模块(4c)，数字信号处理模块(4d)，嵌入式控制器(4e)，消防栓连接器控制模块(4f)，水管收束控制模块(4g)，移动平台控制模块(4h)，水炮控制模块(4i)连接并为其提供各自对应的工作电源，所述机械爪臂控制模块(4b)与左机械臂(5)以及右机械臂(6)的各舵机连接并为其提供电源，所述ZIGBEE信号收发模块(4c)与数字信号处理模块(4d)连接，可将传入数字信号处理模块(4d)的图像远程传送至移动设备上，用于观测火场火势情况，所述数字信号处理模块(4d)与双目摄像头(10)相连接，用于控制所述双目摄像头的转动，以及接收、处理与分析双目摄像头(10)传入的实时图像，再将分析所得信息传入嵌入式控制器(4e)，所述嵌入式控制器(4e)与各模块相连接，用于协调机器人的动作，完成灭火工作，所述消防栓连接器控制模块(4f)与嵌入式控制器(4e)相连，用于机器人自带水管与消防栓的连接，以及控制消防栓阀门的开闭，所述水管收束控制模块(4g)与嵌入式控制器(4e)相连，用于控制中心水管转接头(8)的旋转，带动控制机器人自带水带的收张，所述移动平台控制模块(4h)与嵌入式控制器(4e)相连，用于控制主动轮(1b)以及履带(1a)的转动，从而控制机器人的车体(2)运动，所述水炮控制模块(4i)与嵌入式控制器(4e)相连，用于控制水炮电机(9a)的转动，以及水平方向旋转连接管(9b)和竖直方向旋转喷水口(9c)的运动，控制水炮的开关以及喷射方向。2.根据权利要求1所述的基于图像处理的灭火机器人，其特征在于，所述双目摄像头(10)包括双目摄像头水平方向旋转舵机(10a)、双目摄像头机箱(10b)以及双目摄像头竖直方向旋转舵机(10c)。3.根据权利要求1所述的基于图像处理的灭火机器人，其特征在于，所述左机械臂(5)包括左机械臂底座(5f)、左机械臂大臂(5g)、左机械臂小臂(5h)、左机械臂爪头(5i)、置于以上部件内部的左大臂水平方向旋转舵机(5a)、左大臂竖直方向旋转舵机(5b)、左小臂竖直方向旋转舵机(5c)、左小臂中心轴方向旋转舵机(5d)和左机械臂爪头收张舵机(5e)；所述右机械臂包括右机械臂底座(6f)、右机械臂大臂(6g)、右机械臂小臂(6h)、右机械臂爪头(6i)、置于以上部件内部的右大臂水平方向旋转舵机(6a)、右大臂竖直方向旋转舵机(6b)、右小臂竖直方向旋转舵机(6c)、右小臂中心轴方向旋转舵机(6d)和右机械臂爪头收张舵机(6e)。4.根据权利要求3所述的基于图像处理的灭火机器人，其特征在于，所述左机械臂(5)的左机械臂底座(5f)与左机械臂大臂(5g)相连，左机械臂底座(5f)与左机械臂小臂(5h)相连，左机械臂小臂(5h)与左机械臂爪头(5j)相连，左大臂水平方向旋转舵机(5a)置于左机械臂底座(5f)内部，可使左机械臂底座(5f)与左机械臂底座(5f)水平方向之间旋转，左大臂竖直方向旋转舵机(5b)置于左机械臂大臂(5g)内部，可使左机械臂大臂(5g)与左机械臂底座(5f)竖直方向之间旋转，左小臂竖直方向旋转舵机(5c)置于左机械臂小臂(5h)内部，可使左机械臂大臂(5g)与左机械臂小臂(5h)竖直方向之间旋转，左小臂中心轴方向旋转舵机(5d)可使左机械臂爪头(5j)和左机械臂小臂(5h)绕中心轴方向旋转，左机械臂爪头收张舵机(5e)置于左机械臂小臂(5h)内部，可使左机械臂爪头(5j)收张；所述右机械臂(6)与所述左机械臂(5)互为镜像结构。5.根据权利要求1所述的基于图像处理的灭火机器人，其特征在于，所述水管箱系统包括水管收束舵机(8a)、中空液体流动腔(8b)、T型水管头(8c)和软质水管连接口(8d)。6.根据权利要求5所述的基于图像处理的灭火机器人，其特征在于，所述消防栓水管箱(7i)内放置了消防栓软质水管(7h)和中心水管接头(8)。消防栓阀门控制器(7a)内置有消防栓阀门旋转扇叶(7b)和消防栓轮辐施力柱(7c)，消防栓阀门旋转扇叶(7b)和消防栓轮辐施力柱(7c)可绕中心轴旋转，消防栓阀门控制器(7a)与消防栓阀门舵机(7d)相连，消防栓阀门舵机(7d)可使消防栓阀门控制器(7a)竖直方向上运动；消防栓水管接头(7e)与消防栓水管接头舵机(7f)连接，消防栓水管接头舵机(7f)可使消防栓水管接头(7e)绕水管圆柱截面中心轴旋转。7.根据权利要求6所述的基于图像处理的灭火机器人，其特征在于，所述中心水管转接头(8)初始时被消防栓软质水管(7h)所缠绕，水管收束舵机(8a)可使T型水管头(8c)旋转，从而使消防栓软质水管(7h)缠绕或释放；消防栓软质水管(7h)释放后，由消防栓中流出的水通过消防栓软质水管(7h)和软质水管连接口(8d)，可在中空液体流动腔流动(8b)，从T型管的水管收束舵机(8a)相对的一头流出，流入水炮(9)中。8.根据权利要求7所述的基于图像处理的灭火机器人，其特征在于，所述供电系统为锂电池组(3)，所述锂电池组(3)由十六块锂电池级联和并联而成；所述锂电池组(3)通过电源线与电源稳压模块(4a)连接并为其提供电源。9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的基于图像处理的灭火机器人的智能消防灭火方法，其特征在于，包括：当灭火机器人进入到火灾楼层时，通过视屏采集模块实时采集前方区域的图像，并将采集到的图像送入数字信号处理器(4d)分析和处理；所述数字信号处理器(4d)获取楼道的图片信息并提取图片的Haar特征，然后使用特征点匹配等一系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王求真，邹颖杰，吴省红，赵浩武，邹娟，苏长青，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43