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智能安防机器人通用信息处理平台设计

李文宇

（航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）

摘要：随着智能安防机器人技术的快速发展，对信息处理的要求逐渐提高，需要研制通用的信息处理平台，以优化机器人的研制效率。首先梳理了智能安防机器人的信息处理需求，并分析了通用信息处理平台的必要性；其次，采用系统工程方法，基于信息处理需求对通用信息处理平台的硬件架构进行设计，并提出了包含五大类设备的典型设计方案；最后对通用信息处理平台的软件架构进行设计，并提出了包含十个软件模块的典型设计方案。

关键词：机器人；智能安防；安防信息处理；机器人信息处理平台

中图分类号：TP302.1文献标志码：A

引言

随着智能安防机器人[1]技术的快速发展，其应用场景不断增多，对信息处理[2]的要求逐渐提高。为了满足多样性的信息处理要求，并降低智能安防机器人的研制周期和成本，需要研制通用的信息处理平台[3]。通过平台实现绝大部分的信息处理要求，其余的通过平台驻留的应用实现，可以显著提高智能安防机器人的研制效率。。

如何研制适用于智能安防机器人的通用信息处理平台？按照系统工程[4]方法，首先需要对智能安防机器人的信息处理需求进行分析，获得功能需求；然后基于功能需求，对通用信息处理平台进行硬件架构设计和软件架构设计。

基于多年的理论和技术研究，以及国内外智能安防机器人的研制和使用经验，对通用信息处理平台进行设计并提供一个通用的设计方案。

1智能安防机器人信息处理需求分析

信息处理功能是智能安防机器人的核心功能，是智能化的实现载体。

1.1信息处理功能需求定义

对智能安防机器人的功能进行分析，得到信息处理方面的需求主要如下：

1)视频监控与分析

2)声音识别与分析

3)移动巡逻与导航

4)环境监测与报警

5)数据存储与管理

6)实时通信与远程控制

7)告警处理与推送

8)数据分析与预测

9)人机交互界面

10)多机器人协同作业

以上功能需求旨在提供一套全面且可靠的信息处理系统，以帮助智能安防机器人实现安全监控、报警处理和数据分析等任务。

1.2通用信息处理平台的必要性分析

针对智能安防机器人的多样化信息处理需求，通用信息处理平台可以提供统一而高效的数据感知、处理和管理系统，以满足智能安防机器人的功能需求。通用信息处理平台具有如下优点：

1)数据整合和标准化

2)强大的计算能力

3)实时性和响应性

4)灵活的扩展性

5)安全性和隐私保护

6)用户友好的界面和操作

2通用信息处理平台硬件架构设计

智能安防机器人通用信息处理平台的硬件架构设计需要考虑感知、处理和应用等功能的实现。典型的硬件架构设计如图1所示。

图1 通用信息处理平台硬件架构设计

2.1传感器

智能安防机器人需要配备多种传感器[5]来感知环境和获取监控数据。常见的传感器包括高清摄像头、红外传感器、声音传感器、激光雷达等。这些传感器将实时采集的数据传输到计算设备进行处理。

2.2计算设备

通用信息处理平台需要具备强大的计算能力来处理和分析从传感器获取的数据。在硬件设计上，可以选择使用高性能的嵌入式计算模块或者边缘计算设备[6]。这些设备需要具备高性能的处理器、内存和图形处理单元（GPU），以支持复杂的图像识别、声音分析和数据挖掘等任务。

2.3存储设备

智能安防机器人需要具备足够的存储容量来存储大量的监控数据和处理结果。硬件设计上，可以选择使用高容量的固态硬盘（SSD）或者硬盘阵列（RAID）来实现数据的快速存储和读取。此外，还可以考虑使用云存储服务[6]来扩展存储容量。

2.4通信设备

智能安防机器人需要与操作人员进行实时通信，并将报警信息及时推送给相关人员。因此，通用信息处理平台需要配备高速的网络通信设备[7]，支持以太网、无线局域网等多种网络通信方式。同时，还可以考虑集成SIM卡插槽，支持4G/5G移动通信，以实现远程控制和监控。

2.5电源和供电系统

为了保证智能安防机器人的稳定运行，需要设计合适的电源和供电系统[8]。可以考虑使用大容量的锂电池作为主要电源，并在硬件设计上加入电池管理模块，以实现电池的充电和供电控制。此外，还可以考虑使用电池充电器或太阳能充电系统来提供可靠的供电。

2.6用户界面设备

为了方便用户对智能安防机器人进行配置、管理和监控，硬件设计上可以考虑配备触摸屏显示器或者连接外部显示器的接口。通过友好的用户界面，操作人员可以直观地查看监控图像、配置系统参数和查看处理结果。

综上所述，智能安防机器人通用信息处理平台的硬件架构设计需要综合考虑传感器、计算设备、存储设备、通信设备、电源和用户界面等方面的要求。这样的设计能够提供强大的数据处理能力、稳定可靠的运行环境和用户友好的操作体验，从而实现智能安防机器人的高效工作和安全保障。

3 通用信息处理平台软件架构设计

为了满足智能安防机器人的多样化信息处理需求，设计了一个通用的信息处理平台的软件架构，如图2所示：

图2 通用

信息处理平台软件架构设计

3.1 视频监控与分析模块

该模块负责接收来自机器人摄像头的视频流，并通过图像识别和分析技术进行实时监控和异常行为识别。具体包括视频流接收和解码，图像识别和分析，以及异常行为报警功能。

3.2. 声音识别与分析模块

该模块负责接收来自机器人麦克风的声音信号，并通过声音识别和分析技术进行实时监测和事件分类。具体包括声音信号接收和处理，声音识别和分类，以及声音事件报警功能。

3.3. 移动巡逻与导航模块

该模块负责控制机器人的移动巡逻和导航功能，确保机器人能够自主巡逻并避开障碍物。具体包括环境感知和避障，自主导航和路径规划功能。

3.4. 环境监测与报警模块

该模块负责感知环境参数，并根据预设阈值进行实时监测和报警。具体包括环境参数感知，阈值设置和报警功能。

3.5. 数据存储与管理模块

该模块负责存储和管理大量的监控数据和处理结果，便于后续数据分析和溯源。具体包括数据存储和索引，以及数据管理和备份功能。

3.6. 实时通信与远程控制模块

该模块负责与操作人员进行实时通信，并支持远程视频监控、语音对讲等功能。具体包括实时通信接口，远程视频监控和远程控制功能。

3.7. 告警处理与推送模块

该模块负责处理机器人生成的告警信息，并将其及时通知相关人员。具体包括告警信息接收和处理，以及告警信息推送功能。

3.8. 数据分析与预测模块

该模块负责利用大数据分析技术对历史数据进行挖掘和分析，提供安全隐患的预测和预警。具体包括数据挖掘和分析，以及安全隐患预测和预警功能。

3.9. 人机交互界面模块

该模块负责提供友好的人机交互界面，方便用户与机器人进行交互操作和管理。具体包括语音指令接收和处理、触摸屏界面、和APP界面功能。

3.10. 多机器人协同作业模块

该模块负责支持多台智能安防机器人之间的实时协同工作，共享数据和任务，提高工作效率和安全性。具体包括数据共享和同步，以及任务分配和协同功能。

以上是通用信息处理平台的软件架构设计，可以满足智能安防机器人的多样化信息处理需求，提供全面且可靠的安全保障。

4结束语

基于国内外一流智能安防机器人企业的研制经验，提出了面向智能安防机器人的通用信息处理平台，并提出了平台的硬件架构设计和软件架构设计方案。设计方案有助于降低智能安防机器人的研制成本，缩短研制周期，并提供强大的信息处理能力，满足智能安防机器人的信息处理需求。

参考文献：

[1]王万. 机器人产业发展研究[J]. 制造业自动化, 2018, 40(04): 115-119.

[2]江坚. 大数据时代计算机信息处理技术分析[J]. 电子元器件与信息技术, 2018, (07): 78-81.

[3]马杰. 网络大数据信息处理平台的设计与实现[J]. 现代电子技术, 2018, 41(24): 75-78.

[4]国际系统工程协会. 系统工程手册——系统生命周期流程和活动指南[M]. 北京: 机械工业出版社, 2013. 113-253.

[5]林全. 智能传感器市场投资分析报告[J]. 机器人技术与应用, 2017, (06): 12-22.

[6]施巍松, 孙辉, 曹杰等．边缘计算: 万物互联时代新型计算模型[J]. 计算机研究与发展, 2017,54(5): 907-924.

[7]张震宇. 现代网络通信技术的发展趋势与应用分析[J]. 通讯世界, 2017, (10): 109-109.

[8]孙添飞, 窦满义, 黄武凯. 供电网络引起的工业机器人电磁兼容问题试验分析[J]. 机电技术, 2018 (2): 101-103.