CN100402244C - 具有防爆特征的消防侦察机器人 - Google Patents

具有防爆特征的消防侦察机器人 Download PDF

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CN100402244C CNB2006101079586A CN200610107958A CN100402244C CN 100402244 C CN100402244 C CN 100402244C CN B2006101079586 A CNB2006101079586 A CN B2006101079586A CN 200610107958 A CN200610107958 A CN 200610107958A CN 100402244 C CN100402244 C CN 100402244C
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本发明属于消防机器人领域,具体涉及一种具有防爆特征的消防侦察机器人,机器人由移动载体、外壳、传感器装置、正压防爆设备、防爆部件、无线数据传输装置组成,无线数据传输装置由车载装置和后方指挥装置组成。传感器装置位于由移动载体和外壳组成的机器人本体中,结合正压防爆设备使得机器人本体具备正压防爆功能,加上本身所配备的防爆部件,实现消防侦察机器人整体防爆,以替代消防救援人员遥控进入易燃、易爆、有毒、有害等室内外危险灾害现场,进行现场探测、侦察,并通过无线数据传输装置进行采集信息的即时处理和实时传输,为后方消防指挥人员提供技术支持,并且有效地解决了消防侦察人员在上述场所所面临的人身安全、持续侦察时间短、数据采集量不足及信息无法实时反馈等问题。

Description

具有防爆特征的消防侦察机器人技术领域本发明属于消防侦察机器人领域,具体涉及一种具有防爆特征的消防侦察机器人。 背景技术从20世纪80年代初开始,我国国民经济迅速而稳步增长,石油化工企业得到了迅速 发展,但油罐、液化石油气罐、石化装置等火灾以及由火灾引发的爆炸伤人事故也随之不 断发生,已成为现代火灾扑救的一大难题。另外,化学危险品泄漏伴随的毒性、腐蚀性等 给消防人员的自身安全带来了严重的威胁。由消防侦察机器人代替消防人员对现场进行充 分侦检和分析,以有效保障消防人员的生命安全是目前人们所研究的课题。 发明内容本发明的目的提供一种结构简单、成本低廉、安全有效的具有防爆特征的消防侦察禾几 器人。本发明提出的具有防爆特征的消防侦察机器人,由移动载体1、外壳2、传感器装置3、 正压防爆设备4、防爆部件5、无线数据传输装置6组成,其中,外壳2位于移动载体1 上部,移动载体1与外壳2组成一个封闭箱体;传感器装置3和无线数据传输装置6位于 外壳2和移动载体1组成的封闭箱体内,传感器装置3由第一本体倾角传感器QX1、第二 本体倾角传感器QX2、控制箱内部温度传感器WD1、环境温度传感器WD2、第一障碍物探测 传感器几l、第二障碍物探测传感器几2、热辐射强度传感器FS、可燃、有毒气体传感器 QT组成;正压防爆设备4位于外壳2上部,防爆部件5固定于外壳2上部;无线数据传输 装置6通过数据总线连接传感器装置3,由车载装置和后方指挥装置组成,车载装置位于 外壳2上部,车载装置由嵌入式控制器及协议网关601、嵌入式装置DSP602、第一 GPRS 通信模块603、第一高速无线数据模块604、 GPS定位装置和倾角传感器外部设备605、图 像采集装置606、 MPEG4图像采集装置607、第一模拟图像及语音无线传输装置608组成; 后方指挥装置由主控计算机装置611、第二 GPRS通信模块609、第二模拟图像及语音无线 传输装置614、第二高速无线数据模块610、监视器613、图像卡612、显示器615组成。本发明中,辐射强度传感器FS连接DSP模拟量AD输入3-1脚,控制箱内部温度传感 器WD1连接DSP模拟量AD输入3-3脚,环境温度传感器WD2连接DSP模拟量AD输入3_2 脚,第一本体倾角传感器QX1连接DSP模拟量AD输入3-5脚,第二本体倾角传感器QX2连換DSP模拟量AD输入3-4脚,第一障碍物探测传感器几l连接DSP模拟量AD输入3-7 脚,第二障碍物探测传感器几2连接DSP模拟量AD输入3-6脚,可燃、有毒气体传感器 QT连接MODEM 。本发明中,移动载体为关节式四轮移动载体,由摆轮IOI、摆杆102、车轮103、车体 104组成。车轮前后各一对,位于车体两侧,四个摆轮101位于四个车轮103的内侧,摆 轮101与车轮103间通过摆杆102连接。当在平地行走时,摆轮不接触地面,当跨越障碍 时,通过摆杆的移动,使摆轮位于不同的位姿稳定机器人的重心,不使其倾翻,实现跨越 动作,该移动载体具有较强的越野能力和一定的自适应能力,能够完成攀爬一定角度的楼 梯和跨越障碍等复杂功能。本发明中,本发明嵌入式装置602通过C0M1接口连接嵌入式控制器及协议网关601, 第一 GPRS通信模块603通过COM2接口连接嵌入式控制器及协议网关601,第一高速无线 数据模块604通过COM3接口连接嵌入式控制器及协议网关601, MPEG4图像采集装置607 通过COM4接口连接嵌入式控制器及协议网关601 ,GPS定位装置和倾角传感器外部设备605 通过C0M5接口连接嵌入式控制器及协议网关601;图像采集装置606 —路连接模拟图像及 语音无线传输装置608的输入端,另一路连接MPEG4图像采集装置607的输入端;第二 GPRS 通信模块609连接主控计算机装置611,第二高速无线数据通道610连接主控计算机装置 611,主控计算机611通过图像卡612的数字视频信号输出口连接监视器613,第二模拟图 像及语音无线传输装置614连接监视器613;第一 GPRS通信模块603与第二 GPRS通信模 块609之间通过无线公网相连,第一高速无线数据模块604与第二高速无线数据模块610 之间通过射频信号相连,第一模拟图像及语音无线传输装置608与第二模拟图像及语音无 线传输装置614之间通过射频信号相连。本发明中,移动载体1与外壳2组成一个封闭箱体、传感器装置3和无线数据传输装 置6放置在封闭箱体内,封闭箱体结合正压防爆设备使得机器人本体具备正压防爆功能, 加上本身外部所配备的防爆部件,实现整台消防侦察机器人整体防爆。本发明外壳2位于移动载体1上,组成了机器人本体,这个本体类似于一个近似的密封箱体,不能防爆的传感器装置3就放在本体中,正压防爆设备4连接本体, 一旦本体中的空气压力小于大气压力时,正压防爆设备4充入压力空气到本体中,实现正压防爆,同时在本体外部放置了防爆部件5,整台消防侦察机器人实现整体防爆,可以进入爆炸性危险区域,在爆炸性危险区域机器人通过传感器装置3进行现场有关数据的探测、侦察,通过无线数据传输装置6对采集的信息(图像、语音、数据)进行即时处理和实时传输。工作过程为传感器装置3放置在由关节式四轮移动载体1和外壳2组成的机器人本体中,,、结合疋压防爆设备4使得机器人本体具备防爆功能,加上本身防爆的防爆部件5,实 现整台消防侦察机器人整体防爆,消防侦察机器人能替代消防救援人员遥控进入易燃、易 爆、有毒、有害、易坍塌建筑物、大型仓库堆垛、缺氧、浓烟等室内外危险灾害现场,进 行现场探测、侦察,并通过无线数据传输装置6进行采集信息(图象、语音、数据)的即时处理和实时传输。有效地解决消防人员在上述场所所面临的人身安全、持续侦察时间短、数据采集量不足和不能实时反馈信息等问题。附图说明图1为具有防爆特征的消防侦察机器人的结构示意图。图2为移动载体的结构示意图。 图3为传感器装置电路接线图。 图4是无线数据传输装置的结构示意图。图5是无线数据传输装置嵌入式控制器及协议网关601的接口。 图中标号:l为移动载体,101为摆轮,102为摆杆,103为车轮103, 104为车体104, 2为壳体,3为传感器装置,QX1为第一本体倾角传感器,QX2为第二本体倾角传感器,WD1 为控制箱内部温度传感器,几l为第一障碍物探测传感器,几2为第二障碍物探测传感器, WD2为环境温度传感器,FS为热辐射强度传感器,QT为可燃、有毒气体传感器,4为正压 防爆设备,5为防爆部件,6为无线数据传输装置,601为嵌入式控制器及协议网关,602 为嵌入式装置DSP, 603为第一 GPRS通信模块,604为第一高速无线数据通道,605为GPS 定位装置和倾角传感器外部设备,606为图像采集装置,607为MPEG4图像采集装置,608 为第一模拟图像及语音无线传输装置,609为第二 GPRS通信模块,610为第二高速无线数 据通道,611为主控计算机,612为图像卡,613为监视器,614为第二模拟图像及语音无 线传输装置,615为显示器,C0M1、 COM2、 COM3、 COM4、 C0M5分别指嵌入式控制器及协议 网关上的接口。 具体实施方式下面通过实施例进一步描述本发明,但不限于本实施例。实施例l,移动载体为关节式四轮移动载体,主要由机器人摆轮(直径215)、摆杆(长 度420)、车轮(直径360)、车体(860x500x320)组成。车轮前后各一对,前后摆轮与前后 车轮间依靠摆杆连接。在平地行走时,摆轮不接触地面,在跨越障碍时,通过摆杆移动, 使摆轮位于不同的位姿实现跨越动作。机器人壳体采用不锈钢材质,主要是与移动载体组成,ji成密封空间。 正压防爆设备(THU850S)是将潜在的爆炸性混合气体与电气设备分离的设备。它在密封腔内通入空气或惰性气体,使密封腔的压力大于外部大气压力,形成正压,使外部的爆 炸性混合气体不能进入。防爆部件是一些目前常用的防爆产品,主要有防爆超声波传感器、防爆摄像头、防爆 有毒有害气体探测仪等。传感器装置3采用辐射热传感器、温度传感器、超声波传感器、GPS、可燃、有毒气 体探测仪等一系列传感器,消防机器人的爬坡能力《45° ,侧翻能力《30°,车体内必须配 置倾角传感器。采用2WDD-35角度(摆角)传感器检测消防机器人本体倾斜度;采用0-100 'C的温度变送器监控电气控制箱温度,当内部温度"0'C时,即向后方控制台发出报警信 息;采用超声波测距传感器作为障碍物探测传感器JK来探测消防机器人其前进或后退的 方向上有否障碍物。超声波测距传感器可判断出消防机器人与障碍物之间的距离,消防机 器人将根据距离自动做出减速、停车或后退等相应的动作;采用O--300'C的温度传感器和 0-15KW/m2的热辐射传感器连续的釆集和处理灾害现场环境温度和热辐射强度;可燃、 有毒气体的探测传感器QT采用两套华瑞公司的AraeRAE可移动无线传输复合式五合一气 体探测仪(PGM-5040)。这样既避免了传感器的相互干扰,有可以进行多种可燃、有毒气体 的探测。无线数据传输装置由车载装置和后方指挥装置组成,车载装置由嵌入式控制器及协议 网关801、嵌入式装置DSP802、 GPRS通信模块803、高速无线数据模块804、 GPS定位装 置和电子陀螺仪外部设备805、图像采集装置806、 MPEG4图像采集装置807、模拟图像及 语音无线传输装置808组成;后方指挥装置由主控计算机装置811、 GPRS通信模块809、 模拟图像及语音无线传输装置814、高速无线数据模块810、监视器813、图像卡812、显 示器815组成。嵌入式装置DSP可采用SEED-DEC2407作为底层控制的下位机;MPEG4图像 采集装置采用MPEG4压縮芯片(IME6400)进行数字图像采集压缩;GPRS通信模块采用西门 子TC35;高速无线数据通道模块采用AS WipLL全双工电台;主控计算机11采用联想开天 A4000型台式计算机;显示器12采用飞利浦107T型;图像卡13采用ADS Instant DVD 2. 0; 监视器14采用ADT1614型彩色视频监视器。将各器件按图1-图5所示方式连接,该领域技术人员均能顺利完成本发明装置的实施。 将传感器装置3放置在由移动载体1和外壳2组成的机器人本体中,结合正压防爆设备4 使得机器人本体具备防爆功能,加上本身防爆的防爆部件5,如防爆云台、防爆有毒气体 探测仪等设备,整体消防侦察机器人具备防爆功能,通过遥控进入灾害现场后,传感器装 置3得到消防机器人的本体及周边环境的信息,通过多通道无线信息传输装置无线数据传 输装置6传递到后方,使操作人员能够及时了解灾害现场实时信息参数,监控机器人状态。

Claims (4)

1. 一种具有防爆特征的消防侦察机器人,由移动载体(1)、外壳(2)、传感器装置(3)、正压防爆设备(4)、防爆部件(5)、无线数据传输装置(6)组成,其特征在于外壳(2)位于移动载体(1)上部,移动载体(1)与外壳(2)组成一个封闭箱体;传感器装置(3)和无线数据传输装置(6)位于外壳(2)和移动载体(1)组成的封闭箱体内,传感器装置(3)由第一本体倾角传感器(QX1)、第二本体倾角传感器(QX2)、控制箱内部温度传感器(WD1)、环境温度传感器(WD2)、第一障碍物探测传感器(JL1)、第二障碍物探测传感器(JL2)、热辐射强度传感器(FS)、可燃、有毒气体传感器(QT)组成;正压防爆设备(4)位于外壳(2)上部,防爆部件(5)固定于外壳(2)上部;无线数据传输装置(6)分为车载装置和后方指挥装置,车载装置通过数据总线连接传感器装置(3),位于外壳(2)和移动载体(1)组成的封闭箱体内,车载装置由嵌入式控制器及协议网关(601)、嵌入式装置DSP(602)、第一GPRS通信模块(603)、第一高速无线数据模块(604)、GPS定位装置和电子陀螺仪外部设备(605)、图像采集装置(606)、MPEG4图像采集装置(607)、第一模拟图像及语音无线传输装置(608)组成;后方指挥装置由主控计算机装置(611)、第二GPRS通信模块(609)、第二模拟图像及语音无线传输装置(614)、第二高速无线数据模块(610)、监视器(613)、图像卡(612)、显示器(615)组成。
2、 根据权利要求1所述的具有防爆特征的消防侦察机器人,其特征在于辐射强度传 感器(FS)连接DSP模拟量AD输入3-1脚,控制箱内部温度传感器(WD1)连接DSP模拟量AD 输入3-3脚,环境温度传感器(WD2)连接DSP模拟量AD输入3-2脚,第一本体倾角传感器 (QX1)连接DSP模拟量AD输入3-5脚,第二本体倾角传感器(QX2)连接DSP模拟量AD输入 3-4脚,第一障碍物探测传感器(几l)连接DSP模拟量AD输入3-7脚,第二障碍物探测传 感器(几2)连接DSP模拟量AD输入3-6脚,可燃、有毒气体传感器(QT)连接MODEM。
3、 根据权利要求1所述的具有防爆特征的消防侦察机器人,其特征在于移动载体为 关节式四轮移动载体,由摆轮(IOI)、摆杆(102)、车轮(103)、车体(104)组成,车轮(103) 前后各一对,分别位于车体(104)两侧,四个摆轮(101)位于四个车轮(103)的内侧,摆轮 (101)与车轮(103)间通过摆杆(102)连接。
4、 根据权利要求1所述的具有防爆特征的消防侦察机器人,其特征在于嵌入式装置 DSP(602)通过C0M1接口连接嵌入式控制器及协议网关(601),第一 GPRS通信模块(603)通 过COM2接口连接嵌入式控制器及协议网关(601),第一高速无线数据模块(604)通过COM3 接口连接嵌入式控制器及协议网关(601), MPEG4图像采集装置(607)通过C0M4接口连接嵌入式控制器及协议网关(601) , GPS定位装置和电子陀螺仪外部设备(605)通过C0M5接口连 接嵌入式控制器及协议网关(601);图像采集装置(606) —路连接模拟图像及语音无线传输 装置(608)的输入端,另一路连接MPEG4图像采集装置(607)的输入端;第二 GPRS通信模 块(609)连接主控计算机装置(611),第二高速无线数据通道(610)连接主控计算机装置 (611),主控计算机(611)通过图像卡(612)的数字视频信号输出口连接监视器(613),第二 模拟图像及语音无线传输装置(614)连接监视器(613);第一 GPRS通信模块(603)与第二 GPRS通信模块(609)之间通过无线公网相连,第一高速无线数据模块(604)与第兰高速无线 数据模块(610)之间通过射频信号相连,第一模拟图像及语音无线传输装置(608)与第二模 拟图像及语音无线传输装置(614)之间通过射频信号相连。
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