CN110076748A - 一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人 - Google Patents
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Abstract
一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，包括越野底盘机构、摄像云台机构、四旋翼停机盒机构和主控机构；摄像云台机构包括水平旋转台，水平旋转台固定装配在底板顶部，第一舵机的外壳固定装配在水平旋转台顶部，第一舵机的输出轴固定装配有垂直旋转台，垂直旋转台顶部倾斜装配有第二舵机，第二舵机的输出轴固定装配有摄像头；主控机构包括主控盒，主控盒内部安装有北斗定位模块、传感器和控制芯片，主控盒顶部安装有显示屏、控制按钮和WIFI数传模块，本发明不仅能够保障校园安全，减少人力物力投入，而且还方便了师生家长在校园内出行，节省时间，提高效率。能够很好解决校园安全中存在的问题，可行性高，适合批量生产。具有良好的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于校园安防和导航技术领域，具体涉及一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人。
背景技术
随着我国高等教育的迅速发展，高校办学规模不断扩大，校园社会化现象日趋明显，因此校园安全不容忽视，包括：人身安全、财产安全、防火安全、生活安全、交通安全等等。高校有巡逻的人员，但人工往往会有懈怠感；不能时刻监控着校园内的动态；不能及时反馈相关信息；在出现隐患到发现隐患再到解决隐患，需要漫长的时间；过多的人力物力使成本过高。针对这些问题，目前没有合理有效的解决方案。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明提供一种基于北斗定位的校园自主巡逻的机器人，技术方案如下：
一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，包括越野底盘机构、摄像云台机构、四旋翼停机盒机构和主控机构；
所述越野底盘机构包括底板、方管框架，所述底板底部四角分别固定装配有电机支座，四个电机支座分别固定装配有驱动电机，四个驱动电机的输出轴分别装配有越野轮，四个越野轮之间相互平行，所述方管框架装配在底板顶部；
所述摄像云台机构包括水平旋转台、第一舵机，水平旋转台固定装配在底板顶部，第一舵机的外壳固定装配在水平旋转台顶部，第一舵机的输出轴固定装配有垂直旋转台，垂直旋转台顶部倾斜装配有第二舵机，第二舵机的输出轴固定装配有摄像头固定板，摄像头固定板固定装配有摄像头；
所述四翼悬停机盒机构包括收纳机盒，所述收纳机盒内壁底部设有十字标志，收纳机盒内收纳有四旋翼，四旋翼内安装有北斗定位模块，收纳机盒顶部开口并盖有收纳盒盖，收纳盒盖设置有自动开合机构；
所述主控机构包括主控盒，主控盒内部安装有北斗定位模块、传感器和控制芯片，主控盒顶部安装有显示屏、控制按钮和WIFI数传模块，北斗定位模块、驱动电机、传感器、显示屏、控制按钮、WIFI数传模块、摄像头、第一舵机、第二舵机和第三舵机分别与控制芯片电连接，摄像头、传感器分别用于采集视频源数据和环境信息数据，并将数据传输给控制芯片，控制芯片通过WIFI数传模块与四旋翼和上位机进行数据传输，显示屏用于显示上位机的通知信息、环境信息数据和向控制芯片发送控制指令，控制按钮用于向控制芯片和上位机发送报警指令。
所述自动开合机构包括第三舵机、第一连杆和第二连杆，所述收纳盒盖滑动装配在收纳机盒顶部，所述第三舵机装配在收纳机盒的外侧壁上，第一连杆的一端与第三舵机的输出轴固定连接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端转动装配，第二连杆的另一端与收纳盒盖底部固定装配。
所述传感器具体包括空气温度传感器，空气湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器。
所述驱动电机通过电机驱动模块与控制芯片电连接，所述电机驱动模块的型号为TB6612，驱动电机为RF-370系列电机。
所述空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器采用VOC485空气传感器模组。
所述摄像头的型号为RER-USB8MP02G，控制芯片的型号为树莓派3代B+型，显示屏的型号为7寸树莓派电容触摸屏，四旋翼的型号为Crazepony WiFi图传版、第一舵机、第二舵机和第三舵机的型号均为MG 996 360°、WIFI数传模块的型号为XRbot Link 4.0，北斗定位模块的型号为中科微电子BD+GPS ATGM336H。
所述水平旋转台底部装配有若干个六角铜柱，若干个六角铜柱与底板顶部固定装配。
所述底板和方管框架采用铝或铝合金材质制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用越野底盘机构，能够在校园内的大部分地形内行驶，减震效果良好；防止了振幅过大导致摄像头摇晃，采像不清晰；
2、本发明采用铝底盘和方铝框架，能保证整体结构强度的同时，降低整体重量；
3、本发明采用摄像云台机构，能够扩大摄像头的视野范围，使摄像更灵巧方便，更易于捕捉和追踪对象；
4、本发明应用四旋翼小四旋翼能扩大巡逻机器人的视野范围，使它能够监控更广阔的区域，增加了巡逻机器人的灵活性；
5、本发明通过无线天线采用WiFi数传与校园局域网结合的方式传输数据，节省成本，安全，数据传输容量大，速度快；
6、本发明中由巡逻机器人收集视频源数据、环境信息数据等，并同过WiFi数传和校园局域网传到终端上位机监控系统中，在终端中能看到巡逻机器人在校园中的实时位置，以及该位置的视频图像和环境信息，安全高效，节省人力成本；
7、本发明的重要机构全是封装入盒，如主控机构和四翼悬停机盒机构，不易损坏，设计结构化合理，维修更方便；
总之，本发明一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，不仅能够保障校园安全，减少人力物力投入，而且还方便了师生家长在校园内出行，节省时间，提高效率。能够很好解决校园安全中存在的问题，可行性高，适合批量生产。具有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明的左视示意图；
图2是本发明的前视示意图；
图3是本发明主控机构的俯视图；
图4是本发明摄像云台机构的结构示意图；
图5是本发明自动开合机构的结构示意图；
图6是本发明的系统流程图。
其中：底板1；方管框架2；电机支座3；驱动电机4；越野轮5；水平旋转台6；第一舵机7；垂直旋转台8；第二舵机9；摄像头固定板10；六角铜柱11；收纳机盒12；收纳盒盖13；主控盒14；第三舵机15；第一连杆16；第二连杆17；显示屏18；WIFI数传模块19。
具体实施方式
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
如图1至图6所示，本发明提供了一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，包括越野底盘机构、摄像云台机构、四旋翼停机盒机构和主控机构；
所述越野底盘机构包括底板1、方管框架2，用于固定和保护机器人整体结构，所述底板1底部四角分别固定装配有电机支座3，四个电机支座3分别固定装配有驱动电机4，四个驱动电机4的输出轴分别装配有越野轮5，具体的，驱动电机4通过联轴器与越野轮5之间连接，联轴器通过内六角基米螺丝固定在驱动电机4的输出轴上，四个越野轮5之间相互平行，所述方管框架2装配在底板1顶部；
所述摄像云台机构包括水平旋转台6和第一舵机7，水平旋转台6固定装配在底板1顶部，第一舵机7的外壳固定装配在水平旋转台6顶部，第一舵机7的输出轴固定装配有垂直旋转台8，垂直旋转台8顶部倾斜装配有第二舵机9，第二舵机9的输出轴固定装配有摄像头固定板10，摄像头固定板10固定装配有摄像头；
本实施例中，由上位机(PC端)，发送数据指令，可对第一舵机7和第二舵机9转动方向进行控制，当第一舵机7接收到PC端的“转动角度”指令后，第一舵机7便可以实现水平方向的0-360度的转动，当第二舵机9接收到PC端的“转动角度”指令后，第二舵机9便可以实现垂直方向上的0-360度转动，使得摄像头能够获取0-360度方向的视频图像，提高监管效率。
所述四翼悬停机盒机构包括收纳机盒12，所述收纳机盒12内壁底部设有十字标志，收纳机盒12内收纳有四旋翼，四旋翼内安装有北斗定位模块，收纳机盒12顶部开口并盖有收纳盒盖13，收纳盒盖13设置有自动开合机构；
所述主控机构包括主控盒14，主控盒14内部安装有北斗定位模块、传感器和控制芯片，主控盒14顶部安装有显示屏18、控制按钮和WIFI数传模块19，北斗定位模块、驱动电机4、传感器、显示屏18、控制按钮、WIFI数传模块19、摄像头、第一舵机7、第二舵机9和第三舵机15分别与控制芯片电连接，摄像头、传感器分别用于采集视频源数据和环境信息数据，并将数据传输给控制芯片，控制芯片通过WIFI数传模块19与四旋翼和上位机进行数据传输，显示屏18用于显示上位机的通知信息、环境信息数据和向控制芯片发送控制指令，控制按钮用于向控制芯片和上位机发送报警指令；
本实施例中，当上位机(PC端)发出相关指令时，主控盒14接收数据信息，并进一步对信息进行处理分析，将数据反馈给第一舵机7、第二舵机9、摄像机并使它们做出相应的反应；同时，摄像头接收到的影像数据通过主控盒14中的WIFI数传模块19结合校园局域网传输到上位机，进行实时视频显示及分析。所述主控盒14与底盘上四个驱动电机4相连，当接收到上位机发来的调速参数时，经过WIFI数传模块19接收并把相关数据传给控制芯片树莓派3代B+型中，控制芯片树莓派3代B+型对数据处理后再调控PWM，PWM电机调速机制控制TB6612电机驱动模块引脚的电压，最终调节4个驱动电机4的转速，实现前进、后退、左转、右转、静止、原地转、快速机动、慢速巡防的行进状态。
所属主控盒14中控制芯片是树莓派三代B+型，进行数据计算和程序存储，配备有WIFI数传模块19进行最远1000米的最大1.5M/S的数据传输，配备有两块北斗定位模块，一块位于机器人上，一块位于四旋翼飞机上，用于位置信息收集，采用北斗定位的原因是我国自主研发，安全性，可靠性更高，搭载50000ma的可充电源可以让机器人持续工作24h，MOS管电机驱动使第一舵机7、第二舵机9和第三舵机15可以进行参数PID调节，空气传感器、温度传感器等多种环境传感器(采用型号VOC485空气传感器模组)可监测环境信息，检测二氧化碳浓度，PM2.5，温度，湿度等等，并反馈给上位机，主控盒14中还设置有语音模块，可以接收来自上位机的语音信息并及时向外进行播报，显示触摸屏用于于用户与机器人进行信息交互，必要时可以及时反馈信息给上位机。
所述自动开合机构包括第三舵机15、第一连杆16和第二连杆17，所述收纳盒盖13滑动装配在收纳机盒12顶部，所述第三舵机15装配在收纳机盒12的外侧壁上，第一连杆16的一端与第三舵机15的输出轴固定连接，第一连杆16的另一端与第二连杆17的一端转动装配，第二连杆17的另一端与收纳盒盖13底部固定装配。
自动开合机构的工作原理如下：第三舵机15转动驱动第一连杆16转动，从而通过第二连杆17拉动收纳盒盖13在收纳机盒12顶部，在本实施例中，自动开合机构设置有一对，以提高自动开合动作的稳定性。
本实施例中，四旋翼不工作时停留在收纳机盒12当中，收纳机盒12内有红色的“十”标志，用于校准对四旋翼的停泊，四旋翼工作时收纳盒盖13通过自动开合机构的传动，平稳打开收纳盒盖13；当四旋翼通过北斗定位与机器人进行位置信息交互时，位于巡逻机器人上方，四旋翼下方的摄像头识别到红色“十”标志时，四旋翼降落至收纳机盒12中，当四旋翼安全落入盒中后，收纳盒盖13通过自动开合机构的传动，平稳合上收纳盒盖13。四旋翼的引入，提高了机器人的灵活性，陆空融合视频监控，不仅使监控范围扩大了，而且有利于对整体局面的把控，精准确定嫌疑人的动向。面对紧急状况时，使管控反应更加迅速。
所述传感器具体包括空气温度传感器，空气湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器。
所述驱动电机4通过电机驱动模块与控制芯片电连接，所述电机驱动模块的型号为TB6612，驱动电机4为RF-370系列电机，TB6612电机驱动模块通过引脚高低电压的输出，控制驱动电机4的转速，使车体能够稳定实现前进、后退、转弯，采用越野轮5呈正方形排布在铝合金底板1上，转弯时更灵巧，且减少车体受的力矩，越野轮5具有更强的抓地力，以及良好的减震效果。
所述空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器采用VOC485空气传感器模组。
所述摄像头的型号为RER-USB8MP02G，控制芯片的型号为树莓派3代B+型，显示屏18的型号为7寸树莓派电容触摸屏，四旋翼的型号为Crazepony WiFi图传版、第一舵机7、第二舵机9和第三舵机15的型号均为MG 996 360°、WIFI数传模块19的型号为XRbot Link4.0，北斗定位模块的型号为中科微电子BD+GPS ATGM336H。
所述水平旋转台6底部装配有若干个六角铜柱11，若干个六角铜柱11与底板1顶部固定装配。
所述底板1和方管框架2采用铝或铝合金材质制成。
本发明中的使用过程如下：
安保人员通过上位机(PC端)下发运动指令，然后通过校园局域网传输数据，主控盒14通过无线WIFI数传模块19传输和接收数据，通过调节PWM来调节L298N控制电机转速，使得机器人以低速自主在校园里巡逻，并将收集到的视频源数据，环境信息数据，用户端交互数据通过WiFi数传和校园局域网传输至上位机，因此用户可以实时观测监控视频、环境信息参数、机器人的全局位置；当用户通过触摸显示屏18与机器人交互数据时，机器人会将重要数据上传至上位机分析，控制按钮的报警信号响应会被树莓派中的程序优先处理；安保人员可通过上位机向机器人传输重要的信息，机器人可通过机载的语音模块发布紧急通知，提醒路过的行人；安保人员可通过上位机控制机器人在校园内任意位置巡逻，树莓派会时刻监测电源信息，当机器人电量过低时，树莓派会处理“电量低”的信息，并发送给上位机(PC端)“电量低”的提示信息。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，包括越野底盘机构、摄像云台机构、四旋翼停机盒机构和主控机构；
所述越野底盘机构包括底板、方管框架，所述底板底部四角分别固定装配有电机支座，四个电机支座分别固定装配有驱动电机，四个驱动电机的输出轴分别装配有越野轮，四个越野轮之间相互平行，所述方管框架装配在底板顶部；
所述摄像云台机构包括水平旋转台、第一舵机，水平旋转台固定装配在底板顶部，第一舵机的外壳固定装配在水平旋转台顶部，第一舵机的输出轴固定装配有垂直旋转台，垂直旋转台顶部倾斜装配有第二舵机，第二舵机的输出轴固定装配有摄像头固定板，摄像头固定板固定装配有摄像头；
所述四翼悬停机盒机构包括收纳机盒，所述收纳机盒内壁底部设有十字标志，收纳机盒内收纳有四旋翼，四旋翼内安装有北斗定位模块，收纳机盒顶部开口并盖有收纳盒盖，收纳盒盖设置有自动开合机构；
所述主控机构包括主控盒，主控盒内部安装有北斗定位模块、传感器和控制芯片，主控盒顶部安装有显示屏、控制按钮和WIFI数传模块，北斗定位模块、驱动电机、传感器、显示屏、控制按钮、WIFI数传模块、摄像头、第一舵机、第二舵机和第三舵机分别与控制芯片电连接，摄像头、传感器分别用于采集视频源数据和环境信息数据，并将数据传输给控制芯片，控制芯片通过WIFI数传模块与四旋翼和上位机进行数据传输，显示屏用于显示上位机的通知信息、环境信息数据和向控制芯片发送控制指令，控制按钮用于向控制芯片和上位机发送报警指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，所述自动开合机构包括第三舵机、第一连杆和第二连杆，所述收纳盒盖滑动装配在收纳机盒顶部，所述第三舵机装配在收纳机盒的外侧壁上，第一连杆的一端与第三舵机的输出轴固定连接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端转动装配，第二连杆的另一端与收纳盒盖底部固定装配。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，所述传感器具体包括空气温度传感器，空气湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，所述驱动电机通过电机驱动模块与控制芯片电连接，所述电机驱动模块的型号为TB6612，驱动电机为RF-370系列电机。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，所述空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器采用VOC485空气传感器模组。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，所述摄像头的型号为RER-USB8MP02G，控制芯片的型号为树莓派3代B+型，显示屏的型号为7寸树莓派电容触摸屏，四旋翼的型号为Crazepony WiFi图传版、第一舵机、第二舵机和第三舵机的型号均为MG 996 360°、WIFI数传模块的型号为XRbot Link 4.0，北斗定位模块的型号为中科微电子BD+GPS ATGM336H。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，所述水平旋转台底部装配有若干个六角铜柱，若干个六角铜柱与底板顶部固定装配。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的校园自主巡逻机器人，其特征在于，所述底板和方管框架采用铝或铝合金材质制成。
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