專(zhuān)利名稱(chēng)：基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種智能安全巡邏的機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
安全巡邏機(jī)器人的研制迄今較為普遍，眾多的國(guó)內(nèi)外研究所與科技公司都推出了各自的實(shí)物平臺(tái)。日本的Tmsuk公司 和三洋電機(jī)設(shè)計(jì)的四足機(jī)器人“番龍”是用于看家用途的實(shí)用型步行機(jī)器人。該機(jī)器人具有感知是否有人、聲音及溫度并發(fā)出警報(bào)，能與主人的手機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)等功能。為滿足美國(guó)陸軍后勤部門(mén)的迫切需求，Cybermotion公司研制了 SR2室內(nèi)巡邏機(jī)器人的改進(jìn)型MDARS— I。MDARS-1的最低速度為3公里/小時(shí)，一次充電可連續(xù)工作8小時(shí)，可在360度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)10米遠(yuǎn)的物體。該機(jī)器人裝有探測(cè)入侵者的微波雷達(dá)，熱成像儀，音響傳感器，一臺(tái)CXD攝像機(jī)，紅外照明器和旋轉(zhuǎn)及傾斜平臺(tái)，還有超聲波傳感囂、導(dǎo)航傳感器等。美國(guó)機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)公司正在研制一種MDARS — E室外型機(jī)器人。該機(jī)器人可識(shí)別并繞過(guò)障礙物，若繞不過(guò)去.就停下來(lái)，并通知控制站操作人員。它的負(fù)載主要有本體攝像機(jī)，前視紅外攝像機(jī)，多普勒雷達(dá)，4線激光掃描儀，超聲波傳感器，微波及光纜通信網(wǎng)絡(luò)，視頻標(biāo)簽閱讀器。導(dǎo)航傳感器有差分GPS系統(tǒng)、陀螺儀、傾斜儀、4輪編碼器，駕駛定位傳感器等。MDARS — E在值班時(shí)可自主進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)入侵者或異常情況時(shí)，視頻鏈路自動(dòng)啟動(dòng)，控制站記錄下音響及視頻警報(bào)，保安人員可以由遠(yuǎn)處觀察那里的情況，或與入侵者對(duì)話。在我國(guó)，華南理工大學(xué)張鐵等研制了保安巡邏機(jī)器人，并在機(jī)器人四周布置了多個(gè)超聲波傳感器，用于檢測(cè)周?chē)系K物的情況。頭部配置有紅外傳感器，用于監(jiān)控是否有外人異常進(jìn)入。但是由于芯片為82C53單片機(jī)，處理速度與內(nèi)存容量的不足使得該設(shè)備的計(jì)算性能很弱。江西理工大學(xué)馮新剛等人研制了基于ARM嵌入式技術(shù)的智能巡邏機(jī)器人，上面安裝了超聲波傳感器、電化學(xué)傳感器、感煙傳感器等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)避障巡邏、檢測(cè)有害氣體、檢測(cè)火災(zāi)等等功能。但是該設(shè)備并沒(méi)有對(duì)避障算法進(jìn)行深入的探索，理論基礎(chǔ)有限。綜上所述，雖然安全巡邏機(jī)器人近年來(lái)獲得一定的發(fā)展，但總體而言仍未得到廣泛的應(yīng)用。其中最主要問(wèn)題是面對(duì)多方面、多層次的巡邏安保任務(wù)，現(xiàn)有的安全巡邏機(jī)器人平臺(tái)設(shè)計(jì)的適應(yīng)性和靈活性不足。例如，基于ARM或單片機(jī)技術(shù)的機(jī)器人平臺(tái)架構(gòu)受到軟硬件性能的約束，不能有效地進(jìn)行系統(tǒng)功能的擴(kuò)展與深化。特別是機(jī)器人配置的視覺(jué)傳感器的位置與結(jié)構(gòu)固定，因此在監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境時(shí)，必須依賴機(jī)器人自身的運(yùn)動(dòng)來(lái)捕捉與追蹤異常情況，系統(tǒng)性能受到很大局限。此外，如何能夠?qū)⑹謩?dòng)遙控與自動(dòng)控制結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的有效避障，也是安全巡邏機(jī)器人發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)，它包括DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、無(wú)線路由器、升降梯、舵機(jī)、電源、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和上位機(jī)等；電源為無(wú)線路由器、升降梯、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和舵機(jī)供電，舵機(jī)、升降梯和無(wú)線路由器均與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)電連接，升降梯固定在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上，舵機(jī)固定在升降梯的頂端，網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在舵機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)攝像頭與無(wú)線路由器相連，無(wú)線路由器安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)底部，無(wú)線路由器與上位機(jī)無(wú)線通信；其中，
無(wú)線路由器通過(guò)網(wǎng)線與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭連接，通過(guò)無(wú)線通信與上位機(jī)連接；DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、上位機(jī)與無(wú)線路由器的IP地址設(shè)為同一子網(wǎng)下；這樣，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)遠(yuǎn)程無(wú)線控制DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和攝像頭。升降梯安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的后部，其功能為負(fù)責(zé)將攝像頭上升或下降，實(shí)現(xiàn)拍攝合適的畫(huà)面；升降梯包括一步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)控制升降梯的升降，步進(jìn)電機(jī)的電源信號(hào)、方向信號(hào)以及速度信號(hào)由DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的數(shù)字輸出口提供； 舵機(jī)固定在升降梯的頂部，負(fù)責(zé)將攝像頭進(jìn)行抬頭低頭、左右搖頭的方向控制。舵機(jī)的電源信號(hào)、PWM信號(hào)由DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的數(shù)字輸出口提供。電源安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的前方，由此給無(wú)線路由器和網(wǎng)絡(luò)攝像頭供電。電源的額定電壓為12V，額定容量為2.6Ah。降壓器的性質(zhì)為非隔離降壓穩(wěn)壓輸出，輸入電壓為4. 5-35V，帶控制腳；輸出電壓為I. 25-30V連續(xù)可調(diào)。上位機(jī)通過(guò)無(wú)線路由器與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線通信，只要各個(gè)設(shè)備都在同一子網(wǎng)下即可，上位機(jī)的功能是接收機(jī)器人的信號(hào)，發(fā)送機(jī)器人的控制命令，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)自帶超聲波傳感器，超聲波傳感器通過(guò)發(fā)送一個(gè)短超聲波脈沖，然后監(jiān)聽(tīng)回聲來(lái)檢測(cè)物體。在主機(jī)微控制器的控制下，傳感器發(fā)送短40kHz超聲波脈沖。脈沖在空氣中以大約1130英尺每秒傳播，擊中物體，然后彈回傳感器。傳感器提供輸出脈沖到主機(jī)，直到回聲被檢測(cè)到；因此脈沖的寬度對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體的距離。網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的升降梯頂部的舵機(jī)上，通過(guò)網(wǎng)線與路由器連接；該網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控家庭或辦公室，紅外線LED燈適用于夜間監(jiān)控，支持I IN無(wú)線連接，兼容IlG無(wú)線設(shè)備，4倍數(shù)碼變焦。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果是
I、安全問(wèn)題在社會(huì)生活中始終引人矚目。利用智能機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行安全巡邏，可以減輕安保人員工作壓力，增強(qiáng)公共環(huán)境安全性，提升社會(huì)生活品質(zhì)，降低安保支出。2、采用了超聲波傳感器與攝像頭并用的方式，提升了傳感器的性能。攝像頭可以升高降低、改變方向，從而使得拍攝沒(méi)有死角。3、采用了 VFH算法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自主避障行走的功能，減輕了工作人員手動(dòng)控制的工作壓力。


圖I是本發(fā)明基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)的組成框 圖2是圖I中DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的工作流程 圖3是圖I中上位機(jī)的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。如圖I所示，本發(fā)明基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)包括DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、無(wú)線路由器、升降梯、舵機(jī)、電源、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和上位機(jī)。其中，電源為無(wú)線路由器、升降梯、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和舵機(jī)供電，舵機(jī)、升降梯和無(wú)線路由器均與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)電連接，升降梯固定在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上，舵機(jī)固定在升降梯的頂端，網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在舵機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)攝像頭與無(wú)線路由器相連，無(wú)線路由器與上位機(jī)無(wú)線通信。美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)的DaNI移 動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)擁有穩(wěn)定、易開(kāi)發(fā)的軟硬件模塊，可以與LabVIEW等結(jié)合，高效地進(jìn)行圖形化界面設(shè)計(jì)、定位與避障、異常報(bào)警、無(wú)線傳輸圖像等功能的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)依托于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，可方便地進(jìn)行遙控巡邏、自主避障行走，并探測(cè)異常狀況、可疑人員與危險(xiǎn)環(huán)境。NI公司的NI-Robotics Starter Kit (DaNI)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)是一種創(chuàng)新型的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，擁有超聲波傳感器、電機(jī)、NI Single-Board RIO嵌入式控制硬件。該平臺(tái)的軟件由LabVIEW來(lái)開(kāi)發(fā)，由于LabVIEW特殊的圖形程式簡(jiǎn)單易懂的開(kāi)發(fā)接口，縮短了開(kāi)發(fā)原型的速度以及方便日后的軟件維護(hù)，因此逐漸受到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及研究人員的喜愛(ài)。在該機(jī)器人平臺(tái)上安裝了電池、無(wú)線路由器、升降梯等設(shè)備，并通過(guò)網(wǎng)線和無(wú)線路由器與其它設(shè)備通信。NI Single-Board RIO上運(yùn)行LabVIEW程序機(jī)器人控制模塊，負(fù)責(zé)接收上位機(jī)的信號(hào)，發(fā)送機(jī)器人的信號(hào)給上位機(jī)，并執(zhí)行機(jī)器人各個(gè)動(dòng)作。無(wú)線路由器可以采用型號(hào)為D-Link DI-524M的產(chǎn)品，安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)底部。DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭通過(guò)網(wǎng)線與其連接，上位機(jī)通過(guò)無(wú)線通信與其連接。各個(gè)設(shè)備與路由器的IP地址設(shè)為同一子網(wǎng)下。這樣，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)遠(yuǎn)程無(wú)線控制機(jī)器人和攝像頭。升降梯安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的后部，并在其頂部安裝了攝像頭。其功能為負(fù)責(zé)將攝像頭上升或下降，實(shí)現(xiàn)拍攝合適的畫(huà)面。升降梯包括一步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)控制升降梯的升降，步進(jìn)電機(jī)的電源信號(hào)、方向信號(hào)以及速度信號(hào)由DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的數(shù)字輸出口提供。舵機(jī)可以采用型號(hào)為G0TECKGS-9025MG的產(chǎn)品，安裝在網(wǎng)絡(luò)攝像頭底座下方，負(fù)責(zé)將攝像頭進(jìn)行抬頭低頭、左右搖頭的方向控制。舵機(jī)的電源信號(hào)、PWM信號(hào)由DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的數(shù)字輸出口提供。電源可以采用臺(tái)灣賽特BT-12M電池和LM2596 DC-DC可調(diào)降壓電源降壓器，安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的前方，由此給無(wú)線路由器和網(wǎng)絡(luò)攝像頭供電。電源的額定電壓為12V，額定容量為2. 6Ah。降壓器的性質(zhì)為非隔離降壓穩(wěn)壓輸出，輸入電壓為4. 5-35V，帶控制腳；輸出電壓為I. 25-30V連續(xù)可調(diào)。上位機(jī)可以由普通的臺(tái)式電腦或筆記本電腦來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)無(wú)線路由器與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線通信，只要各個(gè)設(shè)備都在同一子網(wǎng)下即可。上位機(jī)的功能是運(yùn)行LabVIEW程序上位機(jī)的部分，接收機(jī)器人的信號(hào)，發(fā)送機(jī)器人的控制命令，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)自帶超聲波傳感器，超聲波傳感器的型號(hào)為ParallaxPING)))，其通過(guò)發(fā)送一個(gè)短超聲波脈沖，然后監(jiān)聽(tīng)回聲來(lái)檢測(cè)物體。在主機(jī)微控制器的控制下，傳感器發(fā)送短40kHz超聲波脈沖。脈沖在空氣中以大約1130英尺每秒傳播，擊中物體，然后彈回傳感器。傳感器提供輸出脈沖到主機(jī)，直到回聲被檢測(cè)到；因此脈沖的寬度對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體的距離。網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以采用型號(hào)為D-Link DCS-932L的產(chǎn)品，安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的升降梯頂部的舵機(jī)上。該攝像頭由電源供電，并通過(guò)網(wǎng)線與路由器連接。該網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控家庭或辦公室，紅外線LED燈適用于夜間監(jiān)控，支持IlN無(wú)線連接，兼容IlG無(wú)線設(shè)備，4倍數(shù)碼變焦。圖2中DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的工作流程為
首先由上位機(jī)算法模塊確定當(dāng)前的控制模式，再將機(jī)器人控制程序下載到DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上執(zhí)行。當(dāng)處于遙控模式，通過(guò)TCP偵聽(tīng)模塊，接收上位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，解碼成 DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的命令，如兩個(gè)輪子的速度、超聲波傳感器下的電機(jī)轉(zhuǎn)的角度、指示燈是否亮起等等。將解碼的命令傳給適當(dāng)?shù)膱?zhí)行器，如將兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速傳給輪子，電機(jī)轉(zhuǎn)的角度等等，從而使得DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)能按照上位機(jī)傳來(lái)的信息執(zhí)行。同時(shí)，DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)將超聲波傳感器當(dāng)前測(cè)出的障礙物距離和當(dāng)前角度，與輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度保存成共享變量。最后，機(jī)器人打開(kāi)TCP連接，將傳感器信息和輪子轉(zhuǎn)速發(fā)送回給上位機(jī)。當(dāng)處于自主避障模式，將已經(jīng)獲得的傳感器信息傳遞給VFH算法，然后通過(guò)上述的VFH算法得到DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)下一步應(yīng)該執(zhí)行的速度，并保存成為命令共享變量，發(fā)送給DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)執(zhí)行。當(dāng)處于停止模式,通過(guò)TCP偵聽(tīng)模塊，接收上位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，解碼成DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)停止的命令，并保存成為命令共享變量，發(fā)送給DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)執(zhí)行。最后，機(jī)器人打開(kāi)TCP連接，將傳感器信息和輪子轉(zhuǎn)速發(fā)送回給上位機(jī)。圖3中上位機(jī)的工作過(guò)程為
主程序與圖形界面模塊在上位機(jī)上運(yùn)行。在主程序中，顯示了圖形界面，調(diào)用了視覺(jué)處理的模塊，接收用戶在圖形界面上執(zhí)行的操作，并調(diào)用了下面各個(gè)模塊。在圖形界面模塊中，程序在主界面上顯示了當(dāng)前DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的大致移動(dòng)軌跡，攝像頭拍攝的圖像，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模式的選擇，機(jī)器人、步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)的控制桿，是否檢測(cè)到異?；鸸獾木瘓?bào)燈。若用戶在圖形界面上更改了設(shè)置，則程序中將該設(shè)置存到對(duì)應(yīng)的共享變量中，以在對(duì)應(yīng)的控制模塊中讀取并處理。在視覺(jué)處理模塊中，程序調(diào)用IMAQ ReadFile讀取攝像頭上傳到上位機(jī)的jpg格式的圖片，并顯示在圖形界面上。之后，調(diào)用IMAQ Cast Image, vi將該圖片轉(zhuǎn)換為Grayscale (U8)格式的圖片，再調(diào)用IMAQ Light Meter, vi進(jìn)行對(duì)圖片中間部分的亮度的測(cè)量，若高于設(shè)定值，則表示環(huán)境中存在亮度異常大的物體(如火光、異常亮光等等)，圖形界面上報(bào)警燈亮起。上位機(jī)控制模塊在上位機(jī)上運(yùn)行。一開(kāi)始先判斷是否在仿真環(huán)境執(zhí)行。如果在仿真環(huán)境執(zhí)行，則調(diào)用開(kāi)啟機(jī)器人仿真環(huán)境的模塊，在上位機(jī)上創(chuàng)建一個(gè)無(wú)限延展的平面地圖，上有一個(gè)機(jī)器人在運(yùn)行。我們通過(guò)該仿真環(huán)境得知當(dāng)前機(jī)器人的速度和傳感器的信息，保存成共享變量，傳給機(jī)器人算法模塊。算法得出機(jī)器人下一步應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的速度和傳感器的位置，輸入到該仿真機(jī)器人中。如果在真實(shí)環(huán)境中執(zhí)行，則打開(kāi)TCP連接模塊。將當(dāng)前由機(jī)器人算法模塊得到的DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)輪子速度、傳感器朝向等信息發(fā)送給DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)。同時(shí)打開(kāi)TCP偵聽(tīng)模塊，接收DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)傳輸來(lái)的傳感器信息和輪子轉(zhuǎn)速信息，并保存成共享變量。算法模塊位于上位機(jī)執(zhí)行。該模塊首先得知目前處于何種工作模式。如果是遙控模式，則從用戶界面輸入模塊得知用戶輸入的DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，并保存成命令共享變量，發(fā)送給DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)。如果是簡(jiǎn)單VHl算法模式，則將已經(jīng)獲得的傳感器信息傳遞給簡(jiǎn)單WH算法，然后通過(guò)上述的VHl算法得到DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)下一步應(yīng)該執(zhí)行的速度，并保存成為命令共享變量。如果是高級(jí)VHl算法模式，則將已經(jīng)獲得的傳感器信息、當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)信息傳遞給高級(jí)VFH算法模塊，然后通過(guò)上述的算法得出DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)下一步應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的速度，并保存成為命令共享變量，發(fā)送給DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)。本發(fā)明基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)的工作過(guò)程如下
機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了自主避障行走的功能；可以與上位機(jī)進(jìn)行無(wú)線的遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)了上位
機(jī)遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人行走的功能；機(jī)器人上安裝了網(wǎng)絡(luò)攝像頭，實(shí)現(xiàn)了拍攝當(dāng)前位置的環(huán)境信息，并無(wú)線傳輸給上位機(jī)，在上位機(jī)上圖形界面顯示；機(jī)器人上安裝了支架，可以遙控讓其上升下降。攝像頭安裝在支架上，并且下面有可以遙控轉(zhuǎn)動(dòng)的舵機(jī)，方便攝像頭移動(dòng)并拍攝各個(gè)角度和位置的圖像；機(jī)器人可以對(duì)攝像頭拍攝的信息進(jìn)行判斷是否存在異常狀況，如在原本應(yīng)該黑暗的環(huán)境中，存在強(qiáng)光或火光。若存在，則會(huì)在上位機(jī)上報(bào)警提示。在機(jī)器人自主避障行走模式下，首先機(jī)器人通過(guò)安裝在機(jī)器人上方的超聲波傳感器探測(cè)一周，獲取周?chē)h(huán)境里的障礙物的位置和大小信息，然后通過(guò)無(wú)線路由器，將信息使用TCP通信協(xié)議傳送到上位機(jī)上。上位機(jī)調(diào)用VFH算法，計(jì)算得到下一步應(yīng)該走的方向和速度，同樣通過(guò)無(wú)線路由器發(fā)送到機(jī)器人上，機(jī)器人將該信息處理后，發(fā)送給輪子，執(zhí)行該運(yùn)動(dòng)。在機(jī)器人遙控行走模式下，首先用戶通過(guò)圖形界面，輸入機(jī)器人行走的速度和方向。程序中獲取了該信息，通過(guò)無(wú)線路由器，使用TCP協(xié)議發(fā)送給機(jī)器人。機(jī)器人接收了信息后，轉(zhuǎn)化為輪子應(yīng)該執(zhí)行的速度，發(fā)送給輪子。輪子產(chǎn)生該轉(zhuǎn)速，使得機(jī)器人產(chǎn)生用戶指定的速度和方向。欲使用在機(jī)器人上的攝像頭拍攝功能，先由用戶打開(kāi)攝像頭供電開(kāi)關(guān)，安裝在機(jī)器人前端的電源設(shè)備會(huì)提供給攝像頭合適的輸入電源。攝像頭會(huì)啟動(dòng)并拍攝前方的圖像。用戶可以通過(guò)用戶界面，控制攝像頭下方的舵機(jī)和升降梯，調(diào)整攝像頭面朝方向。攝像頭將獲取的圖像信息，轉(zhuǎn)化為jpg圖片，通過(guò)無(wú)線路由器，上傳到開(kāi)設(shè)在上位機(jī)上的FTP中。上位機(jī)運(yùn)行的LabVIEW讀取FTP文件夾中的圖片，并在圖形界面上顯示。由于攝像頭將圖像轉(zhuǎn)換為圖片非?？焖?，使得在圖形界面上看起來(lái)幾乎是動(dòng)態(tài)的，不存在閃爍或是滯后的效果，從而實(shí)現(xiàn)將攝像頭拍攝的信息在圖形界面上顯示的功能。欲使用異常亮光報(bào)警功能，先打開(kāi)攝像頭拍攝功能。LabVIEW通過(guò)上文的方法獲取到攝像頭當(dāng)前的圖像信息，通過(guò)調(diào)用IMAQ Cast Image, vi將該圖片轉(zhuǎn)換為Grayscale (U8)格式的圖片，再調(diào)用IMAQ Light Meter, vi進(jìn)行對(duì)圖片中間部分的亮度的測(cè)量，若高于設(shè)定值，則表示環(huán)境中存在亮度異常大的物體(如火光、異常亮光等等)，圖形界面上報(bào)警燈亮起。
權(quán)利要求
1.一種基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)，其特征在于，它包括DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、無(wú)線路由器、升降梯、舵機(jī)、電源、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和上位機(jī)等；電源為無(wú)線路由器、升降梯、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和舵機(jī)供電，舵機(jī)、升降梯和無(wú)線路由器均與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)電連接，升降梯固定在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上，舵機(jī)固定在升降梯的頂端，網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在舵機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)攝像頭與無(wú)線路由器相連，無(wú)線路由器安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)底部，無(wú)線路由器與上位機(jī)無(wú)線通信；其中， 無(wú)線路由器通過(guò)網(wǎng)線與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭連接，通過(guò)無(wú)線通信與上位機(jī)連接；DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、上位機(jī)與無(wú)線路由器的IP地址設(shè)為同一子網(wǎng)下；這樣，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)遠(yuǎn)程無(wú)線控制DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和攝像頭； 升降梯安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的后部，其功能為負(fù)責(zé)將攝像頭上升或下降，實(shí)現(xiàn)拍攝合適的畫(huà)面；升降梯包括一步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)控制升降梯的升降，步進(jìn)電機(jī)的電源信號(hào)、方向信號(hào)以及速度信號(hào)由DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的數(shù)字輸出口提供； 舵機(jī)固定在升降梯的頂部，負(fù)責(zé)將攝像頭進(jìn)行抬頭低頭、左右搖頭的方向控制；舵機(jī)的電源信號(hào)、PWM信號(hào)由DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的數(shù)字輸出口提供； 電源安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的前方，由此給無(wú)線路由器和網(wǎng)絡(luò)攝像頭供電；電源的額定電壓為12V，額定容量為2. 6Ah;降壓器的性質(zhì)為非隔離降壓穩(wěn)壓輸出，輸入電壓為.4. 5-35V，帶控制腳；輸出電壓為I. 25-30V連續(xù)可調(diào)； 上位機(jī)通過(guò)無(wú)線路由器與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線通信，只要各個(gè)設(shè)備都在同一子網(wǎng)下即可，上位機(jī)的功能是接收機(jī)器人的信號(hào)，發(fā)送機(jī)器人的控制命令，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)； DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)自帶超聲波傳感器，超聲波傳感器通過(guò)發(fā)送一個(gè)短超聲波脈沖，然后監(jiān)聽(tīng)回聲來(lái)檢測(cè)物體；在主機(jī)微控制器的控制下，傳感器發(fā)送短40kHz超聲波脈沖；脈沖在空氣中以大約1130英尺每秒傳播，擊中物體，然后彈回傳感器；傳感器提供輸出脈沖到主機(jī)，直到回聲被檢測(cè)到；因此脈沖的寬度對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體的距離； 網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上的升降梯頂部的舵機(jī)上，通過(guò)網(wǎng)線與路由器連接；該網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控家庭或辦公室，紅外線LED燈適用于夜間監(jiān)控，支持I IN無(wú)線連接，兼容IlG無(wú)線設(shè)備，4倍數(shù)碼變焦。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的智能安全巡邏系統(tǒng)，它包括DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、無(wú)線路由器、升降梯、舵機(jī)、電源、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和上位機(jī)等；電源為無(wú)線路由器、升降梯、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和舵機(jī)供電，舵機(jī)、升降梯和無(wú)線路由器均與DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)電連接，升降梯固定在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上，舵機(jī)固定在升降梯的頂端，網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在舵機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)攝像頭與無(wú)線路由器相連，無(wú)線路由器安裝在DaNI移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)底部，無(wú)線路由器與上位機(jī)無(wú)線通信；應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行安全巡邏，可以減輕安保人員工作壓力，增強(qiáng)公共環(huán)境安全性，提升社會(huì)生活品質(zhì)，降低安保支出。
文檔編號(hào)G05D1/02GK102799185SQ20121032420
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者潘樹(shù)文, 占斐, 施夢(mèng)嘉, 潘勝杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)