机器人技术在智能校园中的应用探索.pdf

物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application920 引 言近些年来，校园欺凌广泛出现在各大媒体报纸上，是校园建设的一大难题。因学校保卫人员有限，校园巡逻有时候并不能做到无死角全覆盖，为校园安全埋下了隐患。智能化校园建设，仅凭保卫人员轮班巡逻已无法满足需求。近年来，人工智能巡逻技术迅速发展，采用智能校园巡逻机器人代替或辅助人工完成巡逻，已不再遥不可及，自动化、智能化的智能巡逻机器人，未来必将成为智能校园建设的一大 亮点。1 巡逻机器人技术智能校园巡逻机器人利用自身携带的传感器巡查校园情况，将巡查结果发送给保卫处值班人员，如遇到校园异常或突发情况及时报警并将情况上报值班室。无论严寒还是酷暑，多么恶劣的环境巡逻机器人都能忍受，巡逻机器人都能坚守在维护校园祥和的岗位上，由此降低了巡逻保卫人员的劳动强度，增加了校园巡逻检查的可靠性，全覆盖、无死角、实时监控校园状态，实现了校园安全管理的自动化和智能化 管理。智能校园巡逻项目主要是观测和记录数据，但是由于校园内建筑分布比较广泛，比较适合采用智能化巡逻方式替代或者辅助保卫人员完成巡逻工作，因此集聚自动化与智能化于一体的智能校园巡逻机器人也就应运而生。智能巡逻机器人综合了红外检测装置、摄像装置、音频装置等多种传感器，整合了导航定位、图像处理、路径规划、无线传输等多种前沿智能技术，使巡逻机器人可以通过自身传感器获得的检测数据对校园内的电力设备、教学楼和宿舍楼安全环境等进行数据分析，根据数据分析结果判断电力设备是否存在电气、教学楼和宿舍楼外是否有异常情况等影响校园安全的隐患因素。如果分析结果存在异常情况，那么巡逻机器人可通过无线传输立即将相关数据传递给值班室巡逻管理中心的保卫 人员。智能校园巡逻机器人使用灵活方便，对环境条件并不敏感，不仅校园巡逻提高了工作质量，而且降低了保卫人员成本，对未来提升校园安全具有重大意义。2 巡逻机器人行走方式目前巡逻机器人行走方式主要分为轨道式、履带式和轮式三种。这三种巡逻机器人，因为各自行走方式不同，应用的场景也是有区别的。2.1 轨道式巡逻机器人轨道式巡逻机器人是一种依赖于室外铺设轨道的行走机器人。其行走方式采用轨道式移动结构，机器人本体利用滑线取电方式获取动力，利用电力载波通信技术实现图像及控制指令传输。轨道式巡逻机器人具有定位精确、运行速度快、成本低、24 小时连续运行等优点；但只能完成在轨道活动范围内的巡逻任务，对于轨道外的巡逻任务无法执行，巡逻灵活性无法保证。因此，轨道式巡逻机器人适用于巡逻相对集中的场所。2.2 履带式巡逻机器人履带式巡逻机器人是一种利用两条履带支撑机体的移动机器人技术在智能校园中的应用探索薛誓颖，赵 祥（河南职业技术学院，河南 郑州 450000）摘 要：为了提高智能校园的巡逻效率，引进巡逻机器人辅助学校保卫人员完成校园巡逻工作，降低保卫工作人员劳动强度的同时，及时且快速将异常情况发送给巡逻管理中心，完善数字化校园管理，提升校园安全管理水平，同时实现了文明校园智能巡逻的自动化和智能化管理。文章研究校园智能化巡逻机器人，利用自身携带的传感器巡查校园情况，将巡查结果发送给保卫处值班人员，如遇到校园异常及突发情况及时报警并将情况上报值班室，增加了校园巡逻检查的可靠性，全覆盖、无死角、实时监控校园状态，提高巡逻效率，降低保卫成本，对未来提升校园安全具有重大意义。关键词：智能校园；巡逻机器人；智能巡逻；校园安全；路径规划；无线传输中图分类号：TP249 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）08-0092-03收稿日期：2022-08-18 修回日期：2022-10-19DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.08.0242023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application93机器人。其行走结构比较像坦克的履带，其行走方式主要靠机械和电控两部分。机械部分靠的是链传动，电控部分靠的是电机传动。履带式机器人履带重心比较低，且履带与地面接触面积比较大，能更好地适应松软地形。但履带式机器人也存在缺陷，如移动速度比较慢、功耗比较大，工作效率不高，灵活性较差。目前履带式巡逻机器人在智能校园巡逻中并未大范围应用。2.3 轮式巡逻机器人轮式巡逻机器人是一种以轮式架构为基础的行走机器人。轮式机器人驱动设计多采用主动轮驱动实现机器人行走控制。轮式机器人比较适合平坦的路面，能够在马路上实现高速移动。相对于轨道式机器人和履带式机器人而言，轮式机器人最突出的特点是灵活性比较大，能够实现巡逻区域内全覆盖。综上所述，轨道式、履带式、轮式巡逻机器人各有优势，应用场景和范围也是有所差异的。目前国内智能校园巡逻应用最广泛的莫过于轮式巡逻机器人。3 巡逻机器人系统功能如图 1 所示，巡逻机器人结合了红外热成像、激光导航、超声波避障等多种传感器，并把模式识别、图形和音频处理等核心技术一并应用到智能校园巡逻中。通过传感器获取校园环境的相关信息，利用无线传输的方式传递给值班室巡逻管理部门，巡逻人员也可通过无线传输实时掌握巡逻机器人的巡逻情况。智能校园巡逻机器人综合图像识别和路径规划等核心技术，通过保卫巡逻人员输入相关巡逻内容信息，巡逻机器人自主规划出一条无碰撞且最优路径，并在巡逻机器人本体控制中心将路径规划分解给电机模块、超声波模块等多个模块。最后在多个模块协调作用下，从路径起始点走到路径终止点，实现路径规划，完成巡逻任务。图 1 巡逻移动机器人根据智能校园巡逻机器人路径规划及巡逻任务，智能校园巡逻机器人系统应该具备以下功能：（1）利用相关传感器确定当前位置信息及路径节点的移动信息。巡逻机器人利用激光导航等定位模块，可确定当前自己所处的位置。巡逻机器人自主完成巡逻路线规划任务后，在当前位置搜索路径规划中下一个巡逻点的位置，结合避障模块和定位模块，达到路径规划的下一个巡逻点。此外，巡逻机器人可实现到达保卫人员指定要求的位置，这样保卫人员就可以远程操控巡逻机器人完成巡逻任务。（2）利用自动升降、旋转云台，调节机器人自身的姿态。巡逻机器人系统中，有可自由升降、360旋转的云台，由此，机器人可以自由调节自身的姿态，或升或将或旋转。在完成巡逻任务的过程中，利用云台可提高机器人巡逻效率。如果某个位置的巡逻数据不够详细，那么巡逻管理中心可以远程操控云台，调整云台高度及角度，获取更多关于校园巡逻信息。（3）利用红外、摄像等传感器，获取巡逻数据信息，传输给巡逻管理中心。巡逻机器人在执行巡逻任务的过程中，可以通过红外热成像检测实训设备或校内电力的内部热缺陷等问题。利用图像和视频采集模块，对校园内环境进行数据分析。在获取巡逻数据之后，巡逻机器人可通过无线传输，将巡逻数据传给巡逻管理中心，方便保卫人员对校园环境自动化、智能化监测。4 巡逻机器人整体结构保卫人员根据校园安全管理规范，预先设定巡逻范围和巡逻内容，然后通过巡逻机器人系统基站监控中心向机器人发出巡逻任务，巡逻机器人收到基站监控中心下发的巡逻任务信息后，走出充电室开始执行巡逻工作；巡逻机器人根据巡逻任务涉及的巡逻停靠点，自动规划出一条适合此次巡逻任务的巡逻线路。巡逻机器人整体架构如图 2 所示，智能校园巡逻机器人系统采用分布式架构，整个系统可分为基站控制层、数据通信层和移动终端层。基站控制层是整个机器人系统的控制中心，由机器人后台、防火墙和控制软件部分组成；数据通信层主要是实现基站与巡逻机器人本体通信，主要由无线通信相关设备组成；巡逻机器人终端层不仅仅包括机器人本体，除此之外，还有充电室、巡逻停靠点和机器人携带的传感器系统。当巡逻机器人接收到关于校园巡逻点和巡逻内容的信息之后，会自动规划出一条符合巡逻要求的最优线路，机器人只需要按照巡逻线路执行巡逻任务。当巡逻机器人运行前方出现障碍物时，利用自身携带传感器自主避开障碍物，继续执行巡逻任务，保证巡逻机器人能够安全且无碰撞地到达巡逻任务中的巡逻停靠点。当巡逻机器人到达停靠点后，会向基站监控中心发送“已到达巡逻点”的信息，然后根据预先物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application94对此巡逻任务中巡逻停靠点设置的巡逻内容，完成巡逻数据采集任务。图 2 巡逻机器人整体架构图5 结 语作为智能校园建设的安全保障，校园安全巡逻也是困扰学校保卫巡逻人员的难题，研究巡逻机器代替或辅助保卫人员完成校园巡逻很有实用价值，在降低保卫巡逻人员劳动强度的同时，提高了校园巡逻的效率，保证校园的安全稳定。相信在不久的将来，智能巡逻小车必将在各大校园中得到更广泛的应用。参考文献1 柯振东.人工智能在机器人领域中的应用与发展 J.科技与创新，2021，8（24）：160-161.2 陈国.IPA 赋能数智化转型探索及趋势分析 J.电信工程技术与标准化，2021，34（12）：71-78.3 刘玲玲，陈科宏，陈忆雯.未来智慧仓库机器人造型设计 J.机械设计，2020，37（4）：145.4 宋晓茹，任怡悦，高嵩，等.移动机器人路径规划综述 J.计算机测量与控制，2019，27（4）：1-5.5 侯英，桂亚鹏，王建暖.救援机器人仿生造型设计 J.机械设计，2019，36（6）：145.6 杨林，马宏伟，王川伟，等.校园巡检机器人智能导航与控制 J.西安科技大学学报，2018，38（6）：1013-1020.7 文宗林.智能巡检机器人应用现状及问题 J.低碳世界，2018，8（11）：43-44.8 吕健安，邓伟程.交互型机器人造型设计 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