CN106512270A - 一种履带式多用消防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种履带式多用消防机器人，包括机器人外壳以及设置在机器人外壳中的机器人主体，所述机器人主体采用履带式消防车结构，其特征在于，所述机器人主体包括底盘、驱动行走机构、远控消防水泡、排风机、电路控制主机和供电电源；所述远控消防水泡、排风机、电路控制主机和供电电源均设置在底盘上，所述底盘设置在所述驱动行走机构上；所述供电电源为所述消防机器人提供整车电源。本发明的消防机器人代替消防救援人员进入危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。

Description

一种履带式多用消防机器人

技术领域

本发明涉及一种消防用设施，具体涉及一种履带式多用消防机器人。

背景技术

随着社会经济的迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性，导致危险化学品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故频繁增加。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危险环境时，若没有相应的设备贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡。

这方面，公安消防部队已历经诸多血的教训。面对这样的大型灾害，一款可以前进、后退、调头、爬坡、越障、喷射灭火、排烟和现场侦察的远程操控消防灭火机器人顺势而生。

近年来，火灾事故频发，消防人员伤亡消息不断。据相关统计显示，2007年至2015年，全国共发生211万起火灾事故，一线伤亡消防员776人。在自动控制技术和智能技术不断成熟的当下，由消防机器人、无人侦察机等先进设备代替消防员，完成消防救援任务已成为可能。2015年8月14日，国务院安全生产委员会发布紧急通知，强调大力推广应用先进的安全技术装备，未来将实现多功能消防机器人对单一消防车的逐步替代。如今市面上的消防机器人繁多而复杂，各种机器人功能不尽相同，但多数机器人的功能比较单一，不能满足发展越来越快的社会需求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种履带式多用消防机器人，本发明的消防机器人代替消防救援人员进入危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种履带式多用消防机器人，包括机器人外壳以及设置在机器人外壳中的机器人主体，所述机器人主体采用履带式消防车结构，其改进之处在于，所述机器人主体包括底盘、驱动行走机构、远控消防水泡、排风机、电路控制主机和供电电源；所述远控消防水泡、排风机、电路控制主机和供电电源均设置在底盘上，所述底盘设置在所述驱动行走机构上；所述所述供电电源为所述消防机器人提供整车电源。

进一步地，所述驱动行走机构包括驱动机构和行走机构，所述驱动机构包括发动机/电动机、变速箱、传动轴或皮带；所述发动机驱动变速箱和传动轴或皮带运动；所述行走机构包括摇臂、减震器、转向机构和履带；所述驱动机构驱动行走机构的摇臂、转向机构、履带和刹车、原地转向动作。

进一步地，所述远控消防水泡由用于提供水源的供水模块；当发生火情时，执行灭火及报警动作的执行模块和对供水模块和执行模块进行控制的控制模块组成；

所述灭火消防水炮可实现流量90～3800升/分钟调整。进口和出口为快速联接设计，便于安装维护。无线操控器的有效范围为152m，使用锂电池设备可连续作业8小时。当电池电压低时，电源(POWER)指示灯会开始闪烁，此时还可以连续作业3个小时。遥控水炮可设定自动工作模式，实现自摆。

进一步地，所述电路控制主机包括DSP和ARM双核处理器、至少一个高清摄像头、前端云台和镜头控制器；所述DSP和ARM双核处理器通过RS485总线分别与前端云台和镜头控制器进行通信；所述高清摄像头与镜头控制器连接；所述DSP和ARM双核处理器中的DSP芯片ARM芯片利用HPI并行接口进行数据交换。

进一步地，所述DSP芯片用于图像数据处理，包括视频的压缩和火灾的识别；所述ARM芯片上运行Linux操作系统，用于消防机器人的业务应用。

进一步地，所述电路控制主机还包括视频编码器、视频解码器、音频编码器、SDRAM、FLASH缓存和电源单元；所述视频编码器、视频解码器、音频编码器、SDRAM、FLASH缓存和电源单元均与DSP芯片连接；所述视频解码器与高清摄像头连接。

所述音频编码器还连接有麦克风和喇叭；所述视频编码器还连接有电视机。

进一步地，所述电路控制主机还包括云镜解码器、Zigbee模块、无线网络适配器和移动网络模块；所述云镜解码器、Zigbee模块、无线网络适配器和移动网络模块均与ARM芯片连接；所述云镜解码器与高清摄像头连接。

进一步地，所述供电电源为锂电池模块，所述单个锂电池模块充满电后能够工作4个小时，双电池箱设计。

进一步地，所述高清摄像头用于实时传输视频数据至镜头控制器，其视角范围70°，其功率12W，无限成像距离；排烟风机能够在10°到20°之间精确调节排烟风机倾斜度，排烟量85200立方米/小时。

与最接近的现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

1、远程操控，代替消防员进入危险事故现场，有效防止意外伤害：

受灾现场可能发生二次爆炸，这会给消防员带来非常大的致命伤害。机器人可代替消防员深入易燃易爆、有毒有害、浓烟等等危险的灾害现场，最大限度保障一线消防官兵人身安全，防止触电事故、二次爆炸危害和毒气危害。消防机器人代替消防救援人员进入危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。

2、模块化设计，具有灭火和排烟、运输三功能：本发明提供的消防机器人配备排烟风机以及结构运输箱、消防水泡，用户只需轻松几步，即可在排烟风机和水炮机构运输箱三大功能之间进行切换，可选配置如：热成像仪摄像头、气体探测器、温度探测器、防撞装置、车身降温系统音视频系统、防倾覆装置、多用途工作板、绞盘。备用电池因此机器人的使用更灵活，功能性更高，适合不同类型的消防任务。

3、无可比拟的越障能力：采用厚实的底盘，使得机器人可以穿越多种障碍物。越障高度40厘米，而且可以越过45度的障碍物——非常适合恶劣的、陡峭的事故现场。

4、现场信息采集：前端设有高清摄像头，并实时传输视频数据至控制器，帮助操作人员收集、分析前方景象。

5、耐高温、耐腐蚀：

本发明采用国外零部件和国产零部件组合的方式研发。国产零部件主要解决耐高温和耐腐蚀的特性，保证机器人在恶劣条件下正常工作，其核心国产零部件采用自主研发的方式。

6、操作简单的智能数据化操作平台：可以为用户提供更详细的数据，包括机器人行驶速度、GPS信号强度、视频、气体探测和温度探测等。其核心操控及传输部分自主研发。

7、强大的超过3000Nm的扭矩可轻松拖拽400公斤的物体

8、动力部分由24V锂电池供电，电池箱上方有两个启动/紧急制动按钮。

9、消防机器人完全是远程控制。机器人的控制器采用非常耐用而且精密的材料制成。控制器能远程接收摄像头实时视频，控制器上的高精度控制摇杆控制机器人的移动。远程控制器主体集成化设计，内置抗干扰无线发射和接收模块。带电量显示的锂电池10.8V5.6Ah；控制器的电池是可以拆下的；充满电的电池可以为机器人提供长达20小时的工作。

附图说明

为了更清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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的消防机器人的结构示意图之一；

图2是本发明提供的消防机器人的结构示意图之二；

图3是本发明提供的DSP和ARM双核处理器中DSP芯片与ARM芯片之间数据交换的示意图；

图4是本发明提供的DSP芯片与ARM芯片利用HPI并行接口进行数据交换的示意图；

图5是本发明提供的消防机器人工作的流程图。

图中：1-远控消防水泡；11-供水模块；12-执行模块；13-控制模块；2-排烟风机；3-电路控制主机；31-高清摄像头；32-前端云台；33-镜头控制器；4-蓄电池；5-变速箱；6-行走机构；7-底盘；8-传动轴；9-发动机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

第一优选技术方案

本发明提供一种履带式多用消防机器人，其结构图如图1和2所示，包括机器人外壳以及设置在机器人外壳中的机器人主体，所述机器人主体采用履带式消防车结构，所述机器人主体包括底盘7、驱动行走机构6、远控消防水泡1、排风机2、电路控制主机3和供电电源；所述远控消防水泡1、排风机2、电路控制主机3和供电电源均设置在底盘7上，所述底盘7设置在所述驱动行走机构6上；所述供电电源为所述消防机器人提供整车电源，由蓄电池4构成。

具体的，所述驱动行走机构6包括驱动机构和行走机构6，所述驱动机构包括发动机/电动机9、变速箱5、传动轴8或皮带；所述发动机9驱动变速箱5和传动轴8或皮带运动；所述行走机构6包括摇臂、减震器、转向机构和履带；所述驱动机构驱动行走机构6的摇臂、减震器、转向机构、履带和刹车、原地转向动作。

具体的，所述电路控制主机3包括DSP和ARM双核处理器、至少一个高清摄像头31、前端云台32和镜头控制器33；所述DSP和ARM双核处理器通过RS485总线分别与前端云台和镜头控制器进行通信；所述高清摄像头与镜头控制器连接；所述DSP和ARM双核处理器中的DSP芯片ARM芯片利用HPI并行接口进行数据交换。

具体的，所述DSP芯片用于图像数据处理，包括视频的压缩和火灾的识别；所述ARM芯片上运行Linux操作系统，用于消防机器人的业务应用。

具体的，所述电路控制主机3还包括视频编码器、视频解码器、音频编码器、SDRAM、FLASH缓存和电源单元；所述视频编码器、视频解码器、音频编码器、SDRAM、FLASH缓存和电源单元均与DSP芯片连接；所述视频解码器与高清摄像头连接。

所述音频编码器还连接有麦克风和喇叭；所述视频编码器还连接有电视机。

具体的，所述电路控制主机3还包括云镜解码器、Zigbee模块、无线网络适配器和移动网络模块；所述云镜解码器、Zigbee模块、无线网络适配器和移动网络模块均与ARM芯片连接；所述云镜解码器与高清摄像头连接。如图3和4所示。

第二优选技术方案

远控消防水泡1设置在底盘上并且高于所有的装置。本发明提供的消防机器人的结构示意图之一如图1所示，所述远控消防水泡1由供水模块11、发生火情时，执行灭火及报警动作的执行模块12以及对供水模块11和执行模块12进行控制的控制模块13组成；远控消防水炮是以水作介质，远距离扑灭火灾的灭火设备。其中供水模块11主要由水源、消防水泵、高位水箱或气压稳压装置、水泵接合器和管路组成，其目的在于能给装置提供快速的、充足的水源。

所示执行模块12由灭火装置121、电源装置122、火灾自动报警装置123等中间执行装置组成，即当发生火情时，执行灭火及报警动作的相关组件。

控制模块13由联动控制柜及区域控制箱、系统电源控制器、计算机火灾(视频)监控系统组成。其目的在于对供水模块和执行模块进行控制，可灵活的实现手动、自动以及现场、消防中心的各种操作。有效完成从发现火灾直至扑灭火灾等一系列动作。并能使自动跟踪定位射流灭火系统通过输入模块和输入输出模块直接与火灾自动报警中心连接，保证火灾报警系统的整体性。

本发明提供的消防机器人的结构示意图之二如图2所示，排烟风机2的形状为一般风扇的形状一样，但是它能够在10°到20°之间精确调节排烟风机倾斜度，排烟量85200立方米/小时。

第三优选技术方案

(1)机器人主体：一块电池工作时间4小时，双电池箱设计，两块电池8个小时；越障高度40厘米；倾斜角度45度；

拖拽能力400公斤。

(2)高清摄像头：视角范围70°；功率12W；无限成像距离。

(3)消防水炮：90至3800升/分钟-16巴；防水等级IP65；射程62～84米@7巴@3800升/分钟。

消防机器人的工作流程如图5所示，包括：

主要完成以下功能：远程监控视频；通过主从CPU完成火灾火焰的图像识别和通信功能；通过RS485总线与前端云台和镜头控制器进行通信,控制云台和镜头的旋转角度或巡航速度。系统软件包含机器人本机服务器软件和客户端软件。利用DSP系统可组建远程视频服务器,可远程监控机器人的视频，可用ARM系统可组建Web服务器,在远端完成对机器人的各种查询和控制功能。DSP和ARM可各自作为独立的系统使用。利用HPI并行接口,DSP与主机ARM通信进行数据交换。

精密、高标准的材料和生产环节

机身采用太空铝合金材料，经过防腐蚀处理，可以进入恶劣的化学品泄漏事故现场；优秀的设计和制造工艺，使得每个机器人符合严格的质量标准，维护成本低，使用寿命更长，且使用保养维修率低。

操作简单的数据化操作平台

有两种控制模式可供客户选择：第一种是摇杆控制模式：更加轻便，操作手感强，材料坚固而且防风雨，配有12寸的清晰LCD显示屏。通过摇杆控制机器人的动作；第二种是电脑控制模式：可以为用户提供更详细的数据，包括机器人行驶速度、GPS信号强度、视频、气体探测和温度探测等。

运载底盘、监控等技术的国产化

本发明的载底盘、监控等技术采用自主研发，能确保消防机器人使用的可靠性与实用性。

随着消防机器人在消防行业中显示的地位越来越重要，市面上出现了越来越多的消防机器人，各机器人的功能不尽相同，与市面上的其他消防机器人相比，本发明提供的多功能的远程遥控的履带式消防机器人具有以下优势：

(1)机器人的各个模块经过防腐蚀处理，能够适应各种恶劣环境；

(2)行驶稳定性高，具有爬坡和越障能力，轻松进入多种恶劣的现场环境；

(3)维修率低，维修成本低；

(4)耐高压能力、防爆能力以及耐高温能力强；

(5)续航能力强，工作时间为4至8小时，并且支持选用备用电池进行续航，适合执行大型火灾的长时间工作任务；

(6)利用锂电池供电，不消耗任何燃油，不需更换机油，没有废气及汽油的污染，十分环保。

本发明提供的可远程控制的履带式消防机器人实用性强，支持不同功能的切换，在消防行业将受到长时间的广泛的应用。本发明的消防机器人主要有以下的影响：

(1)对消防人员的影响

本发明研发的可远程控制的履带式消防机器人能够代替消防人员进入到危险的受灾现场，消防人员通过高清摄像头了解现场情况，并进行远程控制，令机器人在受灾现场中进行各项操作，能够最大限度地保障一线消防人员的人身安全。

(2)对受灾人员的影响

本发明所研发的消防机器人配备排烟风机以及消防水炮，能够根据不同的灾场情况自主更换，因此能有效地对受灾现场进行排烟、灭火等，在短时间内控制灾场情况，保障受灾人员的生命安全。

(3)对环境的影响

本发明所研发的消防机器人利用锂电池供电，不消耗任何燃油，不需更换机油，没有废气及汽油的污染，十分环保。

以上所述，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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种履带式多用消防机器人，包括机器人外壳以及设置在机器人外壳中的机器人主体，所述机器人主体采用履带式消防车结构，其特征在于，所述机器人主体包括底盘、驱动行走机构、远控消防水泡、排风机、电路控制主机和供电电源；所述远控消防水泡、排风机、电路控制主机和供电电源均设置在底盘上，所述底盘设置在所述驱动行走机构上；所述所述供电电源为所述消防机器人提供整车电源。

2.如权利要求1所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述驱动行走机构包括驱动机构和行走机构，所述驱动机构包括发动机/电动机、变速箱、传动轴或皮带；所述发动机驱动变速箱和传动轴或皮带运动；所述行走机构包括摇臂、减震器、转向机构、履带；所述驱动机构驱动行走机构的摇臂、转向机构、履带和刹车、原地转向动作。

3.如权利要求1所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述远控消防水泡由用于提供水源的供水模块；当发生火情时，执行灭火及报警动作的执行模块和对供水模块和执行模块进行控制的控制模块组成；

所述远控消防水泡能够达到90至3800升/分钟-16巴，防水等级IP65。

4.如权利要求1所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述电路控制主机包括DSP和ARM双核处理器、至少一个高清摄像头、前端云台和镜头控制器；所述DSP和ARM双核处理器通过RS485总线分别与前端云台和镜头控制器进行通信；所述高清摄像头与镜头控制器连接；所述DSP和ARM双核处理器中的DSP芯片ARM芯片利用HPI并行接口进行数据交换。

5.如权利要求4所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述DSP芯片用于图像数据处理，包括视频的压缩和火灾的识别；所述ARM芯片上运行Linux操作系统，用于消防机器人的业务应用。

6.如权利要求5所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述电路控制主机还包括视频编码器、视频解码器、音频编码器、SDRAM、FLASH缓存和电源单元；所述视频编码器、视频解码器、音频编码器、SDRAM、FLASH缓存和电源单元均与DSP芯片连接；所述视频解码器与高清摄像头连接。

所述音频编码器还连接有麦克风和喇叭；所述视频编码器还连接有电视机。

7.如权利要求6所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述电路控制主机还包括云镜解码器、Zigbee模块、无线网络适配器和移动网络模块；所述云镜解码器、Zigbee模块、无线网络适配器和移动网络模块均与ARM芯片连接；所述云镜解码器与高清摄像头连接。

8.如权利要求7所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述供电电源为锂电池模块，所述锂电池模块充满电后能够工作4个小时。

9.如权利要求8所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，所述高清摄像头用于实时传输视频数据至镜头控制器，其视角范围70°，其功率12W，无限成像距离。

10.如权利要求9所述的履带式多用消防机器人，其特征在于，排烟风机能够在10°到20°之间精确调节排烟风机倾斜度，排烟量85200立方米/小时。