CN105459125A - 一种基于互联网的高层救援机器人系统及其快速救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于互联网的高层救援机器人系统，包括通讯及控制组件、监控中心、设置在楼顶的移动组件、救生舱组件。通过通讯组件，监控中心及控制组件收集现场情况，决定救援策略，控制救生舱组件运动，到达救援地点，实施救援。本发明还公开了一种基于互联网的高层救援机器人系统的快速救援方法，基于互联网，采用多终端信息融合技术，确定救援方案，快速准确实施救援。与现有技术相比，本发明救援速度更快，更稳定，不受地形、风向的限制，可有效用于高层建筑消防，营救火场被困人员，减少伤亡，降低损失。

Description

一种基于互联网的高层救援机器人系统及其快速救援方法

技术领域

本发明涉及的是高层消防救援机器人，尤其涉及一种基于互联网的高层救援机器人系统及其快速救援方法。

背景技术

随着社会经济的腾飞，城市化进程加快，高层、地下及石化建筑大量涌现。建筑的高层化，结构的复杂化，给建筑消防带来了新的挑战。如何快速地应对火灾，减少二次灾害，保证财产和生命安全是消防工作的重要课题。目前国内外研究用于高层消防救援的机器人，主要有基于攀爬型，飞行型和吊舱型等。在攀爬型高层消防救援机器人方面如日本光荣公司研制了一种多吸盘爬壁机器人，该机器人利用两组真空吸盘进行攀爬，保证机器人能够到达火灾现场，并可通过遥控控制，实现远距离的指挥控制。但是这种机器人的行走速度是很大的限制因素。哈尔滨工业大学机器人研究所研制成功了5种采用磁吸附和真空吸附爬行机器人。其中的真空吸附机器人采用负压吸附，可以全方位移动；而采用永磁吸附结构的机器人，可以靠两条履带的正反转来实现机器人的转弯。但是该机器人移动速度较慢，同时吸附力也会随着材料的不同和高度而受到限制。在飞行型高层消防救援机器人方面如UniversityofMiyazaki的Nishi,A提出了一种螺旋桨式爬行机器人，机器人上下两端装有螺旋桨，周围装有轻型轮子，螺旋桨尾流处各装有一块叶片。通过控制叶片的姿态一方面可以提供推力使机器人上的轮子与墙身紧密接触，另一方面可以躲避障碍物。通过该机器人运载设备可以实现火灾消防和救援的目的。但是这种做法很容易受到空气流的影响，而且要携带一定重量的消防设备会增加上升的难度。西北工业大学杨建元设计了新型高层建筑攀爬型救援消防机器人。该机器人系统由机器人本体、地面卷扬机构和控制台三部分组成，利用钢缆攀爬建筑物外壁，能用于火情侦测、破拆工作和救援灭火。但是该机器人在空中运动易受到空气流的影响，随着楼层的增加现象愈加明显，同时上升的速度不够快速。在吊舱型高层消防救援机器人方面如国际机器人FA技术中心和日本产业用机器人工业会、小松公司等多家日本企业共同合作，研制了支援高层建筑消防活动用的复合型机器人系统。该系统以目前高层建筑擦拭玻璃窗吊舱为基础，增加了消防功能的机器人系统，平时用作大楼外部的保养和警备工作，发生火灾时支援消防活动。这种机器人可以满足高层消防的要求，但是其自身的结构过于复杂不易操作，而且需要时常维护，造价太高。

发明内容

针对上述问题，本发明一方面提出了一种基于互联网的高层救援机器人系统，包括通讯及控制组件、监控中心、移动组件、救生舱组件，

所述移动组件包括设置在高层建筑顶部的电动滑轨、沿所述电动滑轨移动的电动升降台、设置在所述电动升降台上的机架；

所述救生舱组件包括救生舱、连接所述机架及救生舱的绳驱动装置；

所述通讯及控制组件包括接入互联网的呼叫终端、用于通过互联网接收呼叫终端发出的救援信号的嵌入式通讯模块、生成救援指令并根据救援指令控制移动组件及救生舱组件将救生舱移动到相应的救援地点的控制器；

所述监控中心用于收集嵌入式通讯模块获取的救援信号及向控制器发送由人工设定的救援指令。

进一步地，所述的呼叫终端包括移动呼叫终端、固定在相应位置的固定呼叫终端。

进一步地，所述移动呼叫终端包括手机、平板电脑、PDA，所述固定呼叫终端包括应急按钮。

进一步地，所述机架包括中间机架、对称设置在所述中间机架左右侧的左机架和右机架，所述绳驱动装置包括：设置在中间机架后端的第一电动卷扬机和第二电动卷扬机、设置在中间机架前端的第一导向轮和第二导向轮、设置在左机架后端的第三电动卷扬机、设在左机架前端的第三导向轮和第四导向轮、设置在右机架后端的第四电动卷扬机、设置在右机架前端的第五导向轮和第六导向轮，所述第三电动卷扬机上的第三救生绳依次绕过第三导向轮和第四导向轮后连接救生舱，第四电动卷扬机上的第四救生绳依次绕过第五导向轮和第六导向轮后连接救生舱，所述第一电动卷扬机上的第一救生绳绕过第一导向轮后连接所述救生舱，所述第二电动卷扬机上的第二救生绳绕过第二导向轮后连接所述救生舱；所述控制器与第一电动卷扬机、第二电动卷扬机、第三电动卷扬机、第四电动卷扬机电路连接。

进一步地，所述救生舱上设置有吸盘及呼叫终端，被困者在获救之后可以通过救生舱中设置的呼叫终端发送更加准确的救援信息，监控中心和机器人根据该救援信息制定救援效率更高的移动策略；吸盘便于被困人员进入救生舱。

本发明另一方面还提供了一种基于所述高层救援机器人系统的快速救援方法，包括步骤：

1）嵌入式通讯模块及监控中心通过互联网接收呼叫终端的呼叫信号，所述呼叫信号包括呼叫者姓名、工号等信息；

2）所述控制器汇集手机等移动呼叫终端设备和应急按钮等固定呼叫终端设备的信息，通过比对已知的数据库信息，确定被困人员的位置，以此为根据确定机器人移动方法和策略，并将营救方案通过呼叫终端或高音喇叭等反馈给被困者，同时自动生成救援指令，或者由监控中心接收操作者自主设置的救援指令；

3）所述控制器根据所述救援指令控制一个或者几个机器人的移动组件和救生舱组件并将救生舱移动到相应的救援地点；

进一步地，还包括步骤：4）当救生舱移动到达的救援地点无法与呼叫信号所指定的位置相一致时，嵌入式通讯模块根据呼叫信号，确定呼叫者的集中地，控制器以此为根据确定救生舱的移动方案，并将移动方案通过呼叫终端或高音喇叭等反馈给呼叫者。

进一步地，步骤3)中，所述控制器根据所述救援指令控制一个或者几个机器人的移动组件和救生舱组件并将救生舱移动到相应的救援地点具体包括：

31)所述控制器根据所述救援指令控制电动升降台升起并沿电动滑轨快速横向移动至指定位置；

32)所述控制器产生电机驱动脉冲驱动第一电动卷扬机、第二电动卷扬机、第三电动卷扬机、第四电动卷扬机同步转动，协调绳驱动装置，控制四个电动卷扬机，采用四根救生绳牵引救生舱先做自由落体运动后做减速运动，控制所述救生舱以最快的速度稳定到达救援地点，实现高层消防救援机器人快速救援，最大限度为被困人员争取逃生时间。

进一步地，还包括步骤：5）救生舱到达救援地点之后通过吸盘固定在消防通道或窗户上，便于被困人员进入救生舱。

与现有技术相比，本发明具有显著的优点，具体如下：

（1）可以快速抵达救援地点，营救火场被困人员，减少伤亡，降低损失。

（2）能够保证高层消防救援机器人在高空下落过程中的稳定性，不受地形、风向的限制。

（3）结构简单易操作且控制方法简单。

附图说明

图1为本发明实施例的高层消防救援机器人系统整装示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为高层消防救援机器人系统快速救援方法示意图。

图中所示为：1-高层建筑；2-电动滑轨；3-电动升降台；4-控制器；5-左机架；6-中间机架；7-右机架；8-第四救生绳；9-第二救生绳；10-第一救生绳；11-第三救生绳；12-救生舱；13-监控中心；51-第三电动卷扬机；52-左加强筋；53-第三导向轮；54-第四导向轮；61-第一电动卷扬机；62-第二电动卷扬机；63-第一导向轮；64-第二导向轮；71-第四电动卷扬机；72-右加强筋；73-第五导向轮；74-第六导向轮。

具体实施方式

下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例一

如图1及图2所示，一种基于互联网的高层救援机器人系统，包括通讯及控制组件、监控中心13、移动组件、救生舱组件，

所述移动组件包括设置在高层建筑1顶部的电动滑轨2、四组沿所述电动滑轨2移动的电动升降台3、设置在各个电动升降台3上的机架，所述电动滑轨2根据楼房的形状特征而定，本实施例设置为圆角矩形，也可以根据楼房形状需要设置为圆形、正方形、椭圆形或多边形。

所述救生舱组件包括救生舱12、连接所述机架及救生舱12的绳驱动装置，本实施例共四套救生舱组件，分别连接在各个机架上；

所述通讯及控制组件包括接入互联网的呼叫终端、用于通过互联网接收呼叫终端发出的救援信号的嵌入式通讯模块、生成救援指令并根据救援指令控制移动组件及救生舱组件将救生舱12移动到相应的救援地点的控制器4；

所述监控中心13用于收集嵌入式通讯模块获取的救援信号及向控制器4发送由人工设定的救援指令。

具体而言，所述的呼叫终端包括移动呼叫终端、固定在相应位置的固定呼叫终端。

具体而言，所述移动呼叫终端包括手机、平板电脑、PDA，所述固定呼叫终端包括应急按钮。

具体而言，所述机架包括中间机架6、对称设置在所述中间机架6左右侧的左机架5和右机架7；所述绳驱动装置包括：设置在中间机架6后端的第一电动卷扬机61和第二电动卷扬机62、设置在中间机架6前端的第一导向轮63和第二导向轮64、设置在左机架5后端的第三电动卷扬机51、设在左机架5前端的第三导向轮53和第四导向轮54、设置在右机架7后端的第四电动卷扬机71、设置在右机架7前端的第五导向轮73和第六导向轮74，所述第三电动卷扬机51上的第三救生绳11依次绕过第三导向轮53和第四导向轮54后连接救生舱，第四电动卷扬机71上的第四救生绳8依次绕过第五导向轮73和第六导向轮74后连接救生舱12，所述第一电动卷扬机61上的第一救生绳10绕过第一导向轮63后连接所述救生舱12，所述第二电动卷扬机62上的第二救生绳9绕过第二导向轮64后连接所述救生舱12；所述控制器4与第一电动卷扬机61、第二电动卷扬机62、第三电动卷扬机51、第四电动卷扬机71电路连接，所述左机架5及右机架7的前端分别设置有左加强筋52和右加强筋72，提高左机架5及右机架7的前端强度。

具体而言，所述救生舱12上设置有吸盘及呼叫终端，被困者在获救之后可以通过救生舱12中设置的呼叫终端发送更加准确的救援信息，监控中心13和机器人根据该救援信息制定救援效率更高的移动策略；吸盘便于被困人员进入救生舱.

本实施例包括四组可移动的救援机器人，全面覆盖建筑物的四个面，可按照呼叫信号就近调动相应的救援机器人，也可以在呼叫者较多较集中时，协同调动多台救援机器人共同参与救援。

实施例二

一种基于所述高层救援机器人系统的快速救援方法，包括步骤：

1）嵌入式通讯模块及监控中心13通过互联网接收呼叫终端的呼叫信号，所述呼叫信号包括呼叫者姓名、工号等信息；

2）所述控制器4汇集手机等移动呼叫终端设备和应急按钮等固定呼叫终端设备的信息，通过比对已知的数据库信息，确定被困人员的位置，以此为根据确定机器人移动方法和策略，并将营救方案通过呼叫终端或高音喇叭等反馈给被困者，同时自动生成救援指令，或者由监控中心13接收操作者自主设置的救援指令；

3）所述控制器4根据所述救援指令控制一个或者几个机器人的移动组件和救生舱组件并将救生舱12移动到相应的救援地点；

4）当救生舱12移动到达的救援地点无法与呼叫信号所指定的位置相一致时，嵌入式通讯模块根据呼叫信号，确定呼叫者的集中地，控制器4以此为根据确定救生舱12的移动方案，并将移动方案通过呼叫终端或高音喇叭等反馈给呼叫者；

5）救生舱12到达救援地点之后通过吸盘固定在消防通道或窗户上，便于被困人员进入救生舱。

具体而言，步骤3)中，所述控制器4根据所述救援指令控制一个或者几个机器人的移动组件和救生舱组件并将救生舱12移动到相应的救援地点具体包括：

31)所述控制器4根据所述救援指令控制电动升降台3升起并沿电动滑轨2快速横向移动至指定位置，如图3a所示，所述控制器4控制电动滑轨2将机器人快速送到相应的救援地点；

32)所述控制器4产生电机驱动脉冲驱动第一电动卷扬机61、第二电动卷扬机62、第三电动卷扬机51、第四电动卷扬机71同步转动，通过钢绳牵引救生舱12采用先做自由落体运动后做减速运动方式，控制所述救生舱12以最快的速度稳定到达救援地点，实现高层消防救援机器人快速救援，最大限度为被困人员争取逃生时间，如图3b和3c所示，协调绳驱动装置，控制四个电动卷扬机，采用四根救生绳保证救生舱12在先做自由落体运动后做减速运动稳定到达救援地点的过程中平稳。

本发明的高层消防救援机器人系统通过上述步骤可以快速抵达救援地点，营救火场被困人员，减少伤亡，降低损失。同时能够保证高层消防救援机器人在高空下落过程中的稳定性，不受地形、风向的限制。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于互联网的高层救援机器人系统，其特征在于：包括通讯及控制组件、监控中心、移动组件、救生舱组件，所述移动组件包括设置在高层建筑顶部的电动滑轨、沿所述电动滑轨移动的电动升降台、设置在所述电动升降台上的机架；所述救生舱组件包括救生舱、连接所述机架及救生舱的绳驱动装置；所述通讯及控制组件包括接入互联网的呼叫终端、用于通过互联网接收呼叫终端发出的救援信号的嵌入式通讯模块、生成救援指令并根据救援指令控制移动组件及救生舱组件将救生舱移动到相应的救援地点的控制器；所述监控中心用于收集嵌入式通讯模块获取的救援信号及向控制器发送由人工设定的救援指令。

2.根据权利要求1所述的基于互联网的高层救援机器人系统，其特征在于：所述的呼叫终端包括移动呼叫终端、固定在相应位置的固定呼叫终端。

3.根据权利要求2所述的基于互联网的高层救援机器人系统，其特征在于：所述移动呼叫终端包括手机、平板电脑、PDA，所述固定呼叫终端包括应急按钮。

4.根据权利要求1所述的基于互联网的高层救援机器人系统，其特征在于：所述机架包括中间机架、对称设置在所述中间机架左右侧的左机架和右机架；所述绳驱动装置包括：设置在中间机架后端的第一电动卷扬机和第二电动卷扬机、设置在中间机架前端的第一导向轮和第二导向轮、设置在左机架后端的第三电动卷扬机、设在左机架前端的第三导向轮和第四导向轮、设置在右机架后端的第四电动卷扬机、设置在右机架前端的第五导向轮和第六导向轮，所述第三电动卷扬机上的第三救生绳依次绕过第三导向轮和第四导向轮后连接救生舱，第四电动卷扬机上的第四救生绳依次绕过第五导向轮和第六导向轮后连接救生舱，所述第一电动卷扬机上的第一救生绳绕过第一导向轮后连接所述救生舱，所述第二电动卷扬机上的第二救生绳绕过第二导向轮后连接所述救生舱；所述控制器4与第一电动卷扬机、第二电动卷扬机、第三电动卷扬机、第四电动卷扬机电路连接。

5.根据权利要求1所述的基于互联网的高层救援机器人系统，其特征在于：所述救生舱上设置有吸盘及呼叫终端。

6.一种如权利要求1至5中任一项所述高层救援机器人系统的快速救援方法，其特征在于，包括步骤：

1）嵌入式通讯模块及监控中心通过互联网接收呼叫终端的呼叫信号，所述呼叫信号包括呼叫者姓名、工号；

2）所述控制器汇集移动呼叫终端设备和固定呼叫终端设备的信息，通过比对已知的数据库信息，确定被困人员的位置，以此为根据确定机器人移动方法和策略，并将营救方案通过呼叫终端或高音喇叭反馈给被困者，同时自动生成救援指令，或者由监控中心接收操作者自主设置救援指令；

3）所述控制器根据所述救援指令控制一个或者几个机器人的移动组件和救生舱组件并将救生舱移动到相应的救援地点。

7.根据权利要求6所述的快速救援方法，其特征在于，还包括：

步骤4）当救生舱移动到达的救援地点无法与呼叫信号所指定的位置相一致时，嵌入式通讯模块根据呼叫信号，确定呼叫者的集中地，控制器以此为根据确定救生舱的移动方案，并将移动方案通过呼叫终端或高音喇叭反馈给呼叫者。

8.根据权利要求7所述的快速救援方法，其特征在于：步骤3)中，所述控制器根据所述救援指令控制一个或者几个机器人的移动组件和救生舱组件并将救生舱移动到相应的救援地点具体包括：

31)所述控制器根据所述救援指令控制电动升降台升起并沿电动滑轨快速横向移动至指定位置；

32)所述控制器产生电机驱动脉冲驱动第一电动卷扬机、第二电动卷扬机、第三电动卷扬机、第四电动卷扬机同步转动，协调绳驱动装置，控制四个电动卷扬机，采用四根救生绳牵引救生舱先做自由落体运动后做减速运动，控制所述救生舱以最快的速度稳定到达救援地点。

9.根据权利要求7所述的快速救援方法，其特征在于：还包括

步骤5）救生舱到达救援地点之后通过吸盘固定在消防通道或窗户上，便于被困人员进入救生舱。