智能预警灭火机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种智能预警灭火机器人，它由轮式车上安装温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手、灭火器、控制器构成，两自由度机械手环抱安装在灭火器侧，温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手依电回路方式连接控制器。本发明专利技术抗干扰能力强，空间适用性好，可以监测到火灾初期细微火源的火灾火焰视频，火灾预警准确度高，误报率低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于公共安全领域，涉及火灾火焰检测预警及机器人灭火系统，具体涉及一种自动巡检的智能预警灭火机器人。
技术介绍
火灾猛如虎！火灾是威胁人类生存的重大隐患，随着社会发展步伐的加快，尤其是近年来，频发的火灾给人们造成了重大的生命和财产损失。据统计，我国2011年共发生火灾125402起，造成1106人死亡，直接经济损失19.8亿元。2011年6月上海发生的特大火灾，造成58人死亡，直接经济损失1.58亿元。利用现代高科技手段及时地发现火灾源并及时采取有效消防措施扑灭初期火焰，可以大大减少各种损失，灭火机器人无疑为我们提供了最好的选择。大多数火灾发生之所以能造成重大伤亡事故和重大财产损失，其主要原因有：1、火情发现不及时，在一些重要场所，如仓库、实验室、车间等没有定时巡回检测火焰的设备，特别是易引起自燃的场所或火灾易发的化工车间等场所，如果不配备能巡回检测设备，就不能及时发现火情，致使早期的小火很快蔓延成大火，给后来的灭火造成困难，以致酿成大祸；2、有些虽然有火焰检测装置，如监控摄像头等，但由于火情信息传送延迟，不能在火灾发生的初期采取有效灭火措施，也会造成重大的火灾损失。众所周知，要灭火，首先得火灾检测，火焰检测大约经历了从感温检测→离子感烟检测→光电感烟检测→气敏检测→红外检测→视频检测的发展历程。作为传统的火灾检测的感温、感烟、气敏类探测器主要用于室内小范围的火灾检测，具有空间适用性有限、信息可靠性差、易受外界干扰等缺点。而红外探测器的价格昂贵，限制了其使用范围。视频探测器是一种以图像处理技术为基础的火灾检测器，利用摄像机监控监测点情景，通过对所捕捉的视频信息进行处理、分析，进而实现火灾火焰的检测和火灾的预警，抗干扰能力较强，空间适用性强。视频火灾预警技术中，火灾火焰检测方法是核心，虽然国内专家在近几年对视频火灾火焰检测方法开展了一定的研究开发工作，但是成熟的技术鲜有应用，相应的产品也很少面世。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种智能预警灭火机器人，抗干扰能力强，空间适用性好，可以监测到火灾初期细微火源的火灾火焰视频，火灾预警准确度高，误报率低。本专利技术的技术解决方案是：该智能预警灭火机器人由轮式车上安装温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、两自由度机械手、灭火器、控制器构成；利用云台摄像机所拍火灾火焰图像，通过计算实现预警灭火机器人对火源的定位；灭火器安装在两自由度机械手平台上，利用机械手上所配摄像机图像来实现灭火器喷嘴对准火源，准确完成灭火；温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、两自由度机械手依电回路方式连接控制器。工作时，轮式车移动，通过温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器和云台摄像机巡回检测待检测的场所，经多数据融合和智能化分析给出即时的火灾火情状态，再利用图像信号的分析和处理得到火源的具体方位，根据火情给出相应预警信号，并通过无线网络实现预警信号的传输和发送，同时通过两自由度机械手启动便携式灭火器实时灭火。本专利技术的优点是：1、与传统火灾检测系统相比，本专利技术的预警灭火机器人能及时检测发现火情，即时消除初期火情，及时传输火情信息， 将火灾消灭在初期萌芽状态。2、空间适用性强，既可以用于仓库、实验室类室内小范围的火灾监测及预警，也可以用于森林类大范围火灾监测及预警。3、采用网络视频CCD摄像头获取监测点图像，利用数字图像处理技术使预警有较高的抗干扰能力和网络化特征，与红外火灾监测系统相比性价比较高。4、对火灾火焰的静态和动态特征进行信息融合，给出一种基于神经网络与D-S证据判决的火灾判别算法，能快速判别预警，误判率较低。5、采用三级火灾火焰预警，能够根据现场实时火焰实现预警智能化，科学合理并有序地调度火灾发生时的人力、财力。6、本专利技术的预警灭火机器人比传统灭火机器人更加智能化，可以避免火灾损失或将火灾可能造成的重大损失减小到最低。    7、预警灭火机器人是集火焰巡回检测、火灾预警、启动灭火于一体的智能灭火装置，基于多特征信息融合的火灾火焰判别，通过定时巡回检测，及时发现火情，并通过网络及时发布火灾预警信息的同时即时启动机载灭火器实施有效灭火，将火灾消灭在初期萌芽状态，有效避免初期火灾的蔓延，保证及时发现火情、即时消除初期小火情、及时传输火情信息。8、采用四层智能慎思-反应体系结构：感知层、慎思层（智能决策层）、反应层（控制层）和执行层，整体系统采用基于物联网的分布式系统架构来部署设备，增强了系统的智能化程度和适用性，结合火情预警阈值能实现火灾的三级预警模式。9、本预警灭火机器人旨在及时监测发现火情、即时反应消除火情、及时发送传输火情信息，尽可能将火灾消灭在萌芽状态，这是本专利技术所述预警灭火机器人的最大特点和优势，也是本专利技术区别于传统消防、灭火概念的最显著的标志。10、本专利技术在火灾火焰检测识别、火源定位方面利用了温度、烟雾、火焰以及图像等信息的融合技术，提高了火灾判别准确度，误判率较低。附图说明图1为预警灭火机器人总体结构示意图。图2为预警灭火机器人四层体系架构图。图3是预警灭火机器人硬件结构框图。图4为基于云台角度判断火焰目标示意图。图5为手机报警系统技术选型示意图。图6为短信报警子系统软件结构流程图。具体实施方式    下面结合具体附图进一步说明本专利技术的技术解决方案，不能理解为是对技术方案的限制，在本技术方案的基础上的合理变化都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，该智能预警灭火机器人由轮式车上安装温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手、灭火器、控制器构成，两自由度机械手环抱安装在灭火器侧，温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手依电回路方式连接控制器。如图2、3所示，本专利技术的预警灭火机器人包括以下各系统：1、火灾火焰巡回检测系统：包括轮式车及安装在其上的温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器和CCD云台摄像机、红外测距传感器，利用这些传感器和数据信息融合来完成火灾火焰的准确识别、火源定位以及轮式车的实时避障；其中CCD云台摄像头支持WiFi无线传输，同时支持TCP/IP网络远程图像传输，并具有动态检测录像功能，负责实时完成火灾火焰图像采集，按照预先设置的转动范围（水平300度、垂直90度）定时扫描监控现场；2、基于DSP的数据融合决策系统：以TI公司TMS320C6713为核心芯片，利用ARM系统所传送的火灾火焰温度、烟雾、图像、实时火焰等信息，利用智能信息处理技术实现火灾火焰的特征识别、信息融合、预警级别判断、智能决策等功能；3、基于局域网的火警数据无线传输系统：采用标准的Http协议，通过相应端口传输相关数据，利用该协议传输的优点是可以轻易的穿透防火墙和NAT，同时使用无连接Http协议可以降低带宽的占有量，通信传输的数据包结构体如下表所示，同时对传输中的报警数据进行DES对称加密处理，利用Base64进行加密，VC与Java通用，在接收端进行解密和本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能预警灭火机器人，其特征是：它由轮式车上安装温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手、灭火器、控制器构成，两自由度机械手环抱安装在灭火器侧，温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手依电回路方式连接控制器。

【技术特征摘要】
1.智能预警灭火机器人，其特征是：它由轮式车上安装温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手、灭火器、控制器构成，两自由度机械手环抱安装在灭火器侧，温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、云台摄像机、自由度机械手依电回路方式连接控制器。
2. 根据权利要求1所述的智能预警灭火机器人，其特征是该预警灭火机器人包括以下各系统：
（1）火灾火焰巡回检测系统：包括轮式车及安装在其上的温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器和CCD云台摄像机、红外测距传感器，利用这些传感器和数据信息融合来完成火灾火焰的准确识别、火源定位以及轮式车的实时避障；其中CCD云台摄像头支持WiFi无线传输，同时支持TCP/IP网络远程图像传输，并具有动态检测录像功能，负责实时完成火灾火焰图像采集，按照预先设置的转动范围（水平300度、垂直90度）定时扫描监控现场；
（2）基于DSP的数据融合决策系统：以TI公司TMS320C6713为核心芯片，利用ARM系统所传送的火灾火焰温度、烟雾、图像、实时火焰等信息，利用智能信息处理技术实现火灾火焰的特征识别、信息融合、预警级别判断、智能决策等功能；
（3）基于局域网的火警数据无线传输系统：采用标准的Http协议，通过相应端口传输相关数据，利用该协议传输的优点轻易的穿透防火墙和NAT，同时使用无连接Http协议降低带宽的占有量，对传输中的报警数据进行DES对称加密处理，利用Base64进行加密，VC与Java通用，在接收端进行解密和校验；
（4）两自由度机械手灭火系统：将干粉型灭火器安装在一个两自由度平台上，利用图像跟踪技术，实时调整方位，并达到灭火器喷头对准火源中心，利用继电器开启灭火器，进而实现灭火；
（5）云台摄像机控制模块：云台摄像机用于实现对目标火焰的定位和跟踪，一旦有火灾火焰出现，首先通过云台摄像机检测到火焰发生的位置和方向，然后驱动机器人趋近火灾火焰，并启动机械手操作灭火器来完成灭火任务；采用EVI-D100P彩色的CCD摄像机，从PC机由VISCATM规程进行RS-232串联控制，通讯协议同EVI-D30/EVI-D31；
（6）多传感器火灾信息融合模块：在分析火灾火焰识别判别特征后，在D-S证据判决理论的基础上，采用卡尔曼加权融合算法相结合进行火灾火焰判断；首先采集室内环境的火灾火焰数据样本，通过D-S证据判决理论和神经网络对样本数据进行训练获得四种火灾火焰特征的权值和阈值，进行归一化处理获得最终权值，然后利用多特征融合算法获得最终判决结果；在其他室外或复杂环境下，需要重新进行样本采集和神经网络的学习，确定更合适多特征融合权值；
（7）火灾模糊推理的三级智能预警模块：预警系统采用三级预警模式，现场声光预警，远程短信息预警和网络预警；发生一级火情时，安装在被监测区的监测点内的声音报警器和警报灯负责实现现场声光预警，预警指令由监测点位控制模块自主下达；Android手机服务器通过Java Servlet实时访问预警数据库并在监测点发现二级火情时向指定责任人发送预警短消息以实现远程短信息预警，无线传输利用WiFi技术，预警数据的传输采用加密传输，确保数据的安全性；当火灾火焰检测系统传达的火情达到最高三级时，跳出报警窗口和图片，实现网络报警，并传送现场火灾实况；
（8）基于图像的火源识别定位模块：在云台跟踪目标火焰的过程中，实时的将自身转动的角度信息反馈给上位机，基于云台的角度信息计算目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：段锁林，周玉勤，郑剑锋，王雪，靳琪琳，
申请(专利权)人：常州大学，江苏润仪仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32