一种吊轨AI人工智能巡检机器人及机器人的定位灭火方法

技术领域

本发明涉及一种吊轨AI人工智能巡检机器人及机器人的定位灭火方法。

背景技术

地下电缆管廊、电池仓库、综合仓、燃气舱中，普通挂轨式AI智能巡检机器人在空间内自动运行，携带高清摄像机、高灵敏度红外热成像仪以及环境监测传感器，具备人的听觉、视觉、嗅觉等功能，按照系统设定的作业顺序及巡检内容进行逐一巡查，机器人将采集到的数据进行预判并通过冗余光纤网络高速上传到综合管理平台。当机器人检测到参数超标时，会在本地发起声光报警，以警示现场作业人员；当操作人员对信息进行分析确认后，指派工作人员到现场进行处置工作。监控中心可以在机器人的高清视频中看到现场的作业过程，可以通过机器人双向对讲系统，指挥现场的处理工作。管理平台的数据分析和报表管理模块会将详细的巡检信息及分析诊断存储于数据库中，生成的任务报表、诊断报告等可以供操作人员下载查看，系统可根据长时间的运行数据分析，监测整个空间中的问题数据变化，为管廊的结构变迁提供数据支持。机器人在任务过程中，遇到电量不足时，会自动到达就近的充电站进行电量的补充；当机器人完成作业任务后，会自动回到设定的起点或工作井站点进行等待并执行常规安防监控。

在此过程中都是现有AI巡检机器人具备的功能既是总结为点检和巡检功能，但是缺少安检功能，即使前期探测，应急动作，自动喷射处理，自动寻绕覆盖降温等动作功能。

在电池仓库和电缆隧道等环境恶劣场所目前越来越多的机器人在巡检工作，地下电缆管廊距离长(少则几百米多则几十公里)机器人在内部实现巡检即使通过视觉采集到火灾隐范预警，因管廊通行特殊性应急救援人员也不能快速到达现场进行解决，现在的机器人也无法进行应急处理功能等待救援，这样很容易在救援人员到达地下事故现场之前发生火灾不可控，又例如电池库等化学品仓库机器人巡检过程中发现某处物体升温明显，因物体分子活动的特殊性此区域可能很快的化学变化出现明火，机器人在不具备应急处理的情况下，人员在达到现场过程中很可能出现意外不可控等情况，因此本次发明既解决了早期无误报的图像火灾预警定位难题，又解决了巡检机器人不能应急微创处理火灾事故的自主能力，此机器人应急技术的结构特性(集成度高、结构小、重量轻)符合巡检机器人最大搭载重量范围。

因此现有挂轨式AI人工智能机器人存在的缺点主要为安检环节问题：

1、机器人在此巡检过程中无法做到物体自燃等超高温预警自定位功能(云台锁定且热成像渲染高温点抓拍回传，自动调准云台对准高温点与可见光进行双光融合便于观测准确区域)；

2、机器人在自动巡检过程中无法精准零误报对早期火焰/小火苗进行定位，(目前区域出现小火苗是有机器人自带AI视频图像处理帧频技术进行预判存在一定的误判率)；

3、机器人即使通过图像帧频处理到明火出现后不能实现自动测定明火距离和自动避开距离；

4、机器人发现火灾安全事故后无法自动应急处理，无法通过自定位跟踪模式进行早期的区域微创处理；

5、当明火应急处理后在继续监测问题目标时候无法根据物体升温曲线分析图进行自判断自跟踪暗火最高温源环绕定位降温。

因此，需要对现有的技术进行改进，解决目前所遇到的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用方便，操作简单，具备人的应急操作灭火功能和人不具备的远红外扫描早期火灾预警功能相配合，杜绝火势的不可控，能对火点进行定位，能全自动和半自动的方式紧急处理现场的早期火灾，为应急救援人员赢得时间到达现场，特别在危化行业，能在人员到达现场之前，自动紧急处理，保证了处理人员的安全，减少火灾造成的损失，全面实现无人化自动巡检的吊轨AI人工智能巡检机器人及机器人的定位灭火方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种吊轨AI人工智能巡检机器人及机器人的定位灭火方法，包括智能机器人主体和服务器，智能机器人主体的上端设有驱动轮，其内部设有电池，所述智能机器人主体的下端设有应急喷射介质容器，所述智能机器人主体的一端设有AI摄像头、红外热成像镜头和红紫外线火焰光谱传感器组成的红外热扫描云台，红外热成像镜头用于对现场进行热扫描并形成热图，AI摄像头用于用于拍摄现场的可见光照片，并与热图叠加形成清晰的高温区域温度及位置图，所述红外热扫描云台的下端设有三维激光导航模块，三维激光导航模块用于锁定智能机器人主体与高温区域的距离，所述应急喷射介质容器上固定有自动定位应急喷射装置，应急喷射介质容器内设有喷射介质高压氮气，高压氮气用于应急灭火。

优选的，所述自动定位应急喷射装置与应急喷射介质容器之间设有高压电磁阀。

该设置，通过高压电磁阀控制应急喷射介质容器内部的喷射介质高压氮气等喷出。

优选的，所述智能机器人主体的两端都安装有应急行程触碰开关。

该设置，实现了对智能机器人主体移动行程的控制，防止出现碰撞。

优选的，所述自动定位应急喷射装置包括转轴、炮体、外壳，外壳上设有出水块，出水块上设有喷射管口，喷射管口与转轴连接，转轴为中空结构并与应急喷射介质容器连接，所述转轴的外侧固定有主轴齿轮，所述炮体上安装有微型电机一，微型电机一上安装有电机齿轮，电机齿轮与主轴齿轮连接，所述转轴与炮体连接处设有限位块。

该设置，通过微电机的作用控制自动定位应急喷射装置水平转动，从而实现定位。

优选的，所述喷射管口上安装有垂直定位红外控测器和摄像机，所述外壳上设有紫外控测器和水平定位红外控测器，通过垂直定位红外控测器、水平定位红外控测器用于确定喷射管口与火点之间的角度。

该设置，便于自动定位应急装置完成对火点的灭火。

优选的，所述出水块与外壳之间形成一个容腔，容腔与转轴连接处设有微型电机二。

该设置，通过微电机二对喷射管口进行上下调节。

本发明的有益效果是：使用方便，操作简单，具备人的应急操作灭火功能和人不具备的远红外扫描早期火灾预警功能相配合，杜绝火势的不可控，能对火点进行定位，能全自动和半自动的方式紧急处理现场的早期火灾，为应急救援人员赢得时间到达现场，特别在危化行业，能在人员到达现场之前，自动紧急处理，保证了处理人员的安全，减少火灾造成的损失，全面实现无人化自动巡检，具有实用性和使用的广泛性。

附图说明

为了更楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，但并不是对本发明保护范围的限制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧面示意图；

图3为本发明的俯视示意图；

图4为本发明的自动定位应急喷射装置侧面示意图；

图5为本发明的自动定位应急喷射装置剖面示意图；

图6为本发明采用的极坐标示意图；

其中，1.智能机器人主体，2.驱动轮，3.应急喷射介质容器，4.自动定位应急喷射装置，5.电池，6.紧急行程触碰开关，7.红外热扫描云台，8.三维激光导航模块，9.高压电磁阀，10.紫外控制器，11.水平定位红外控制器，12.转轴，13.炮体，14.主轴齿轮，15.电机齿轮，16.微电机一，17.外壳，18.出水块，19.限位块，20.微电机二，21喷射管口，22.垂直定位红外控制器。

具体实施方式

参阅图1至图6所示的一种吊轨AI人工智能巡检机器人及机器人的定位灭火方法，包括智能机器人主体1和服务器，智能机器人主体1与服务器之间采用485通讯协议进行网络信号传输连接，智能机器人主体1的上端设有驱动轮2，其内部设有电池5，所述智能机器人主体1的下端设有应急喷射介质容器3，所述智能机器人主体1的一端设有AI摄像头、红外热成像镜头和红紫外线火焰光谱传感器组成的红外热扫描云台7，红外热成像镜头用于对现场进行热扫描并形成热图，AI摄像头用于用于拍摄现场的可见光照片，并与热图叠加形成清晰的高温区域温度及位置图，所述红外热扫描云台7的下端设有三维激光导航模块8，三维激光导航模块8用于锁定智能机器人主体1与高温区域的距离，所述应急喷射介质容器3上固定有自动定位应急喷射装置4，应急喷射介质容器3内设有喷射介质高压氮气，高压氮气用于应急灭火，所述自动定位应急喷射装置4与应急喷射介质容器3之间设有高压电磁阀9，所述智能机器人主体1的两端都安装有应急行程触碰开关6，所述自动定位应急喷射装置4包括转轴12、炮体13、外壳17，外壳17上设有出水块18，出水块18上设有喷射管口21，喷射管口21与转轴12连接，转轴12为中空结构并与应急喷射介质容器3连接，所述转轴12的外侧固定有主轴齿轮14，所述炮体13上安装有微型电机一16，微型电机一16上安装有电机齿轮15，电机齿轮15与主轴齿轮14连接，所述转轴12与炮体13连接处设有限位块19，所述喷射管口21上安装有垂直定位红外控测器22和摄像机，所述外壳17上设有紫外控测器10和水平定位红外控测器11，垂直定位红外控测器22、水平定位红外控测器11用于确定喷射管口21与火点之间的角度，所述出水块18与外壳17之间形成一个容腔，容腔与转轴12连接处设有微型电机二20。

本发明工作时，智能机器人主体通过驱动轮沿着轨道行走，智能机器人巡检过程中通过红外热热成像对行走中画面进行热扫描，一旦出现高于预设值温度即刻停止行进，进行报警抓拍，继而机器人自带红外热扫描云台会自动通过XY轴水平垂直电机修正角度，使最高温区域停止在热图的正中间位置，通过红外热扫描云台的AI摄像机拍摄可见光照片，并进行截图回传至服务器，服务器收到预警信号后对回传两图片进行处理，将高温预警渲染区域进行截图叠加至可见光照片上，并显示温度值，显示出清晰的高温区域，便于后端人员快速的锁定具体位置和远程观察具体位置的情况；机器人在巡检过程中红紫外线火焰光谱传感器通过火苗发出的红紫外线进行触发高低电平(传感器探管内部充满活动性电离子接受到红外和紫外线光谱后会迅速活动游离产生微电流触发)通过数字信号发送到服务器配合图像处理系统进行相与的模式(电路1*1＝1)确定火灾的发生。

当通过智能机器人确定火灾后，激光测距功能开启指令机器人本体进行移动，确保机器人与危险源保持在3米(根据感应到的温度进行自动调整)，在机器人确定距离后，指令自动定位应急喷射装置工作，自动定位应急喷射装置开始水平360°进行(通过微电机一的电机齿轮带动主轴齿轮转动，通过主轴齿轮带动整个自动定位应急喷射装置转动)，通过水平定位红外控测器(红外线窄缝火焰光谱定位法)进行水平X轴定位，而后即刻喷射管口进行+30°—-90°巡视定位，亦通过垂直定位红外控测器(红外线窄缝火焰光谱定位法)进行垂直Y轴定位，从而定位到火点，根据三角函数定理得知到喷射器与火点距离以及喷射管口与从-90°上扬的角度值，再根据喷射介质高压氮气(或直接小于10UM水雾)的抛物线算法得知喷射口上扬补偿的角度值，通过已充压8MP容器流量0.5L流量每秒的试验结果，根据-90°—+30°之间的12个测试结果编程对应补偿角的程式来确保喷射介质直接覆盖到火点，隔绝氧气同时降温处置。

当明火处置结束后自动定位应急喷射装置自动关闭相应阀门，此时智能机器人红外扫描热成像系统会在此扫描测温等待应急救援人员的进入，在此如果物体再次出现高温(热成像软件需要研发具备测温特性曲线分析图)，服务器会二次预警且弹跳出应急装置的远程控制界面，控制室人员可在窗口上通过远程遥控，485通讯协议的网络信号指令设备的上下左右动作以及启阀和闭阀等。

本发明的火点定位、喷射管口角度及喷射介质距离角度的换算方法：

一、极坐标系，在平面内由极点、极轴和极径组成的坐标系。在平面上取一定点O，称为极点。从O出发引一条射线Ox，称为极轴。再取定一个长度单位，通常规定角度取逆时针方向为正。这样，平面上任一点P的位置就可以用线段OP的长度ρ以及从Ox到OP的角度θ来确定，有序数对(ρ，θ)就称为P点的极坐标，记为P(ρ，θ)；ρ称为P点的极径，θ称为P点的极角。当限制ρ≥0，0≤θ<2π时，平面上除极点Ο以外，其他每一点都有唯一的一个极坐标。在此，极点可类比于自动定位应急喷射装置，极轴可类比与自动定位应急喷射装置喷射管口所指示的方向。

二、伯努利方程，理想正压流体在有势体积力作用下作定常运动时，运动方程沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程，对于重力场中的不可压缩均质流体，方程为p+ρgh+(1/2)*ρv^2＝c，式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和线性速度；h为铅垂高度；g为重力加速度，c为常量；上式各项分别表示单位体积流体的压力能p、重力势能ρgh和动能(1/2)*ρv^2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。但各流线之间总能量(即上式中的常量值)可能不同；对于气体，可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*ρv^2＝常量(p0)，各项分别称为静压、动压和总压。显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。

三、抛物线方程就是指抛物线的轨迹方程，是一种用方程来表示抛物线的方法，在几何平面上可以根据抛物线的方程画出抛物线。方程的具体表达式为y＝a*x*x+b*x+c。

本发明的火电点定位方法，包括以下步骤：

1、先确定自动定位应急喷射装置转动的角速度，可以通过测量转过一圈的时间，由公式ω＝Φ/t可以得出角速度；

2、确定喷射管口由垂直位置转到火点时的角度，通过单片机进行计时，由公式ω＝Φ/t反推即可得出；

3、测量传感器距离水平地面的垂直距离y；

4、根据三角函数tanΦ＝y/x,得出自动定位应急喷射装置距离火点的水平距离x；

5、根据伯努利方程p+ρgh+(1/2)*ρv^2＝c，确定水流的初始流速V；

6、由抛物线相关知识，确定水流流速的垂直速度Vy与Vx。形成联立方程组：

(1)Vx*Vx+Vy*Vy＝V*V；

(2)Vx*t＝x；

(3)g*t1＝Vy；

(4)g*t2*t2＝2y+1/2*Vy*t1；

(5)t1+t2＝t；

由上可解得Vx与Vy,其中Vx＝V*tana,Vy＝V*cota，反推得到角度a。

综上所述：由垂直高度y以及传感器定位时转过的角度Φ，可以推算出喷水时自动定位应急喷射装置应转过的角度a，由此可以进行精准定位火点。

本发明的驱动轮传动方式与市面常用的类同，故不细述。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。