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

Abstract

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机器人。

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连接DSP模拟量AD输入3-4脚，第一障碍物探测传感器JL1连接DSP模拟量AD输入3-7脚，第二障碍物探测传感器JL2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101、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COM1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COM5接口连接嵌入式控制器及协议网关601；图像采集装置606一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，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：1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，JL1为第一障碍物探测传感器，JL2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，COM1、COM2、COM3、COM4、COM5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1，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(860×500×320)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，形成密封空间。

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℃的温度变送器监控电气控制箱温度，当内部温度＞50℃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0--300℃的温度传感器和0--15KW/m²的热辐射传感器连续的采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压缩芯片(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(JL1)连接DSP模拟量AD输入3-7脚，第二障碍物探测传感器(JL2)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(101)、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COM1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定位装置和电子陀螺仪外部设备(605)通过COM5接口连接嵌入式控制器及协议网关(601)；图像采集装置(606)一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。

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