智能保安巡逻机器人及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能保安巡逻机器人及其控制系统，本机器人采用陀螺仪的主机结构，在主机具有配重时，确保旋转体主机的配重面始终朝向地面，通过对地距离的检测，可防止机器人被拿起或倾覆，因而具有轻便小巧，成本低的优势，通过采用上述机器人的控制系统，可实现机器人的自主定位，实现行进路径和目标的指引，并具有温湿度、烟雾、失火、有毒气体、超大声响、快速物体移动、录音、录像、接近、碰触、搬动的本地声、光、电报警和自卫功能。

【技术实现步骤摘要】
智能保安巡逻机器人及其控制系统
本专利技术涉及机器人技术，具体涉及一种智能保安巡逻机器人的结构及其控制系统。
技术介绍
随着经济和技术的高速发展，人们的生活水平不断提高，人们对生活的便利性、安全性和生产的高效性也提出了更高的要求，因此应用于各个行业的智能机器人应运而生。在很多行业，尤其是高危行业，通过采用智能机器人，人们可以从危险繁重的劳动中解放出来，而智能保安机器人因其在现实生活中具有重大的应用价值，是最近几年在机器人领域受到广泛关注的一类机器人。机器人分为固定式和自主移动式。只能固定在一定位置操作的固定式机器人，其功能和应用范围均受到一定的限制。而自主移动机器人则可移动到固定机器人无法到达的位置，具有更好的机动性和适应性，完成更复杂的操作任务。智能保安机器人属于自主移动机器人，能通过传感器来感知环境和自身状态，实现在有障碍的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。现有的智能保安机器人除具有自身定位、路径导航和目标定位的功能外，更重要的是具有自我保护、数据采集和报警方面的功能。现有的智能保安机器人往往存在以下问题：智能保安机器人不能以伤害和攻击对方为目的来实现自我保护，所以现有的智能保安机器人都采用较大的体积（通常与人身高相仿，占地面积是人的4-5倍），并且采用实体结构，具有较大的重量，以便引起注意来避免碰撞，并采用较重的重量来避免被人搬动，从而需要更大的动力驱动，因而，大功率的电机和电池是必不可少的，这进一步增加了机器人本身的重量，增加了机器人本身能量的消耗，增加了机器人本身运动的难度，增加了智能保安机器人的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种小型化、轻便型、低成本的智能保安巡逻机器人。本专利技术方案如下：智能保安巡逻机器人，包括用于行走的机架和可拆卸设置在机架上的主机，机架上设有行走驱动模块，所述的主机采用陀螺仪，陀螺仪包括陀罗回转框，设置在陀罗回转框内的第一万向平衡环，所述第一万向平衡环所在平面与所述陀罗回转框所在平面垂直，第一万向平衡环与所述陀罗回转框之间的连接件的轴线所在直线与陀罗回转框的直径在同一直线上，在第一万向平衡环内设有与该第一万向平衡环所在平面垂直的第二万向平衡环，第二万向平衡环与第一万向平衡环之间的连接件的轴线所在直线与所述第一万向平衡环的直径在同一直线上，所述第二万向平衡环与陀罗回转框所在平面垂直，在第二万向平衡环内沿第二万向平衡环的直径方向设有自旋轴，所述自旋轴与第一万向平衡环所在平面垂直，在所述自旋轴上设有旋转体；在所述旋转体上设有主机箱和兼作配重的电池组，主机箱内设有驱动控制模块、驱动电池模块和功能模块，所述驱动控制模块与所述行走驱动模块无线通讯，所述功能模块包括报警装置，在主机箱上设有立体的传感器阵列，主机箱底部设有地面短距离传感器，所述驱动控制模块分别与所述驱动电池模块、功能模块、传感器阵列和地面短距离传感器电连接；所述驱动控制模块包括主控机以及设置在主控机上的驱动控制通信接口、远程宽带通信接口、本地无线宽带接口、卫星定位通信接口、高速USB集线器和驱动电池模块接口。本专利技术的原理及有益效果如下：说明，本专利技术智能保安巡逻机器人，以下简称机器人。1.本专利技术智能保安巡逻机器人主要由运动的驱动部分、运动的控制部分和安保功能三个部分组成，形成模块化的设计，每个模块都可以具有自己的智能化主控部件，可独立更新、升级、迭代、应用。2.在动态的未知的环境中，本专利技术智能保安巡逻机器人通过采用立体的传感器阵列，在驱动控制模块的控制下，采集不同的距离数据来实现定位。并且，立体的传感器阵列使机器人实现对外部环境的更多感知，来提供更多、更全面的综合信息数据。3.由于在驱动控制模块的主控机上设置了驱动控制通信接口、远程宽带通信接口、本地无线宽带接口和卫星定位通信接口，因此，可采用卫星定位系统、无线网络引导系统，作为其巡逻路径和行进目标的指引。驱动控制通信接口用于机架的行走驱动模块的无线控制的接口；远程宽带通信接口，通过远程通信的4G网络，用于智能保安巡逻机器人在没有本地无线宽带接口（Wi-fi）时与后台平台的远程视频图像传输、远程报警信息和远程互动操控的辅助通信；本地无线宽带接口（Wi-Fi），通过本地无线的宽带Wi-Fi网络，用手机可对智能保安巡逻机器人实现无线近程遥控管理；卫星定位通信接口，GPS是智能保安巡逻机器人的主要定位方式，用于智能保安巡逻机器人室外大范围和远距离的定位。4.本专利技术采用陀螺仪的机械结构来连接机器人的控制机构和行走驱动模块，陀螺仪可与具有不同驱动形式的机架连接，通过改变控制机构中的控制方式即可实现不同机构的驱动。同时，由于机架和主机是可拆卸连接的，因此根据不同需要，机架可选择具有不同功能的结构，如在室外选择具有避障、绕行、跨越、爬坡、下坡、翻越和防跌落功能的机架，本专利技术通过选择不同的机架，可实现在室内和室外都能进行智能保安巡逻。5.驱动控制模块与机架的行走驱动模块之间采用无线通讯，减少了陀螺仪与驱动控制模块之间的连线，简化了陀螺仪与驱动控制模块之间的连接方式，使得本专利技术机器人结构更简单，外观更简洁。6.置于旋转体内的电池组，作为旋转体的配置，可使旋转体转动时始终保持水平，同时配重面始终朝向地面。7.置于主机箱底部的地面短距离传感器，用于在本专利技术机器人非自控模式下远离地面（如侧翻或被人拿起）时的报警检测，将检测信号传递给驱动控制模块的主控机，由主控制机控制发出或发送报警信息，达到机器人自保的目的。综上，由于本专利技术机器人的主机采用陀螺仪结构，由于陀螺仪结构小巧，因此与现有技术相比，本专利技术的机器人同时兼具自保、小巧、轻便的特点，因此无需较大的动力驱动，成本更低，实用性高，具有较好的市场应用前景。一种优选方式是，自旋轴、第二万向平衡环、第一万向平衡环和陀罗回转框形成供电电路，用于电连接电池组与行走驱动模块。通过上述设计，本专利技术的行走驱动模块可直接由电池组进行供电，而无需额外安装其他驱动电源，进一步减轻本专利技术的重量，降低本专利技术的成本。另一种优选方式是，所述行走驱动模块通过电机驱动，自旋轴、第二万向平衡环、第一万向平衡环和陀罗回转框形成供电电路，用于将电机产生的电能同时供给驱动控制模块、驱动电池模块、功能模块、传感器阵列和地面短距离传感器。当电池组的电量耗尽时，可通过机架上的电机给主机箱供电。进一步，所述的主机箱为六面箱体，传感器阵列有五组，其中四组分别设置在主机箱的四个竖面上，另一组设置在主机箱的顶面上，每组传感器阵列均包括超声波测距模块、摄像头、微波移动传感器、温度传感器、湿度传感器、光电传感器和烟雾传感器。上述传感器阵列的设计形式，形成全方位立体的感知空间，可感知更多的信息，信息更全面。超声波测距模块用于测距，实现机器人所在地点周围环境大致的三维定位；红外摄像头用于机器人的图像数据的采集；微波移动传感器用于探测周边环境中是否有移动的物体，用作预警。本专利技术的另一目的是提供一种智能保安巡逻机器人的控制系统，包括设置在陀螺仪的旋转体内的驱动控制模块、驱动电池模块、电池组、功能模块、设置在陀螺仪旋转体上的传感器阵列和地面短距离传感器；所述的驱动控制模块包括主控机以及设置在主控机上的驱动控制通信接口、远程宽带通信接口、本地无线宽带接口、卫星定位通信接口本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能保安巡逻机器人，包括用于行走的机架和可拆卸设置在机架上的主机，机架上设有行走驱动模块，其特征在于，所述的主机采用陀螺仪，陀螺仪包括陀罗回转框，设置在陀罗回转框内的第一万向平衡环，所述第一万向平衡环所在平面与所述陀罗回转框所在平面垂直，第一万向平衡环与所述陀罗回转框之间的连接件的轴线所在直线与陀罗回转框的直径在同一直线上，在第一万向平衡环内设有与该第一万向平衡环所在平面垂直的第二万向平衡环，第二万向平衡环与第一万向平衡环之间的连接件的轴线所在直线与所述第一万向平衡环的直径在同一直线上，所述第二万向平衡环与陀罗回转框所在平面垂直，在第二万向平衡环内沿第二万向平衡环的直径方向设有自旋轴，所述自旋轴与第一万向平衡环所在平面垂直，在所述自旋轴上设有旋转体；在所述旋转体上设有主机箱和兼作配重的电池组，主机箱内设有驱动控制模块、驱动电池模块和功能模块，所述驱动控制模块与所述行走驱动模块无线通讯，所述功能模块包括报警装置，在主机箱上设有立体的传感器阵列，主机箱底部设有地面短距离传感器，所述驱动控制模块分别与所述驱动电池模块、功能模块、传感器阵列和地面短距离传感器电连接；所述驱动控制模块包括主控机以及设置在主控机上的驱动控制通信接口、远程宽带通信接口、本地无线宽带接口、卫星定位通信接口、高速USB集线器和驱动电池模块接口。...

【技术特征摘要】
1.智能保安巡逻机器人，包括用于行走的机架和可拆卸设置在机架上的主机，机架上设有行走驱动模块，其特征在于，所述的主机采用陀螺仪，陀螺仪包括陀罗回转框，设置在陀罗回转框内的第一万向平衡环，所述第一万向平衡环所在平面与所述陀罗回转框所在平面垂直，第一万向平衡环与所述陀罗回转框之间的连接件的轴线所在直线与陀罗回转框的直径在同一直线上，在第一万向平衡环内设有与该第一万向平衡环所在平面垂直的第二万向平衡环，第二万向平衡环与第一万向平衡环之间的连接件的轴线所在直线与所述第一万向平衡环的直径在同一直线上，所述第二万向平衡环与陀罗回转框所在平面垂直，在第二万向平衡环内沿第二万向平衡环的直径方向设有自旋轴，所述自旋轴与第一万向平衡环所在平面垂直，在所述自旋轴上设有旋转体；在所述旋转体上设有主机箱和兼作配重的电池组，主机箱内设有驱动控制模块、驱动电池模块和功能模块，所述驱动控制模块与所述行走驱动模块无线通讯，所述功能模块包括报警装置，在主机箱上设有立体的传感器阵列，主机箱底部设有地面短距离传感器，所述驱动控制模块分别与所述驱动电池模块、功能模块、传感器阵列和地面短距离传感器电连接；所述驱动控制模块包括主控机以及设置在主控机上的驱动控制通信接口、远程宽带通信接口、本地无线宽带接口、卫星定位通信接口、高速USB集线器和驱动电池模块接口；自旋轴、第二万向平衡环、第一万向平衡环和陀罗回转框形成供电电路，用于电连接电池组与行走驱动模块；所述行走驱动模块通过电机驱动，自旋轴、第二万向平衡环、...

【专利技术属性】
技术研发人员：金云霄，李世平，
申请(专利权)人：重庆英曼斯物联网有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85