CN105955307B - 一种消防水炮喷水落点的定位方法及消防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消防水炮喷水落点的定位方法及消防机器人，所述的消防水炮用于喷水灭火，消防水炮设置在消防设备上，消防设备包括控制系统，所述定位方法包括：获取消防水炮的喷水口高度H，以及喷水口与其所设置的水平面之间的仰角α；获取消防水炮的喷水口的喷水速度V；控制系统根据公式

计算得出消防水炮喷水落点的距离S。本发明的一种消防水炮喷水落点的定位方法，通过根据消防水炮的已知参数值计算得出喷水落点的距离S，从而实现有效定位。

Description

一种消防水炮喷水落点的定位方法及消防机器人

技术领域

本发明涉及消防设备技术领域，具体地，涉及一种消防水炮喷水落点的定位方法及消防机器人。

背景技术

随着社会的快速发展，消防与人们的财产安全息息相关，消防设备例如消防水炮，作为消防的主要工具，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。

消防水炮一般通过将水喷到火源处进行灭火，但是，火灾现场的环境和地形都比较复杂，消防水炮能否将水准确的喷射到火源处，直接影响到灭火的效果。

由于在火灾现场，危险性极高，在无法靠近的情况下，远距离无法观察消防水炮的喷水落点，因此，不能很好的确定消防水炮的喷水是否准确的喷射到火源上，大大的影响到了消防水炮的灭火效率，甚至影响到人身财产安全。

另外，在火灾现场也无法直观评估有效判断消防水炮射程及落点位置。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种消防水炮喷水落点的定位方法，具体地，采用了如下的技术方案：

一种消防水炮喷水落点的定位方法，所述的消防水炮用于喷水灭火，消防水炮设置在消防设备上，消防设备包括控制系统，所述定位方法包括：

获取消防水炮的喷水口高度H，以及喷水口与其所设置的水平面之间的仰角α；

获取消防水炮的喷水口的喷水速度V；

控制系统根据公式

计算得出消防水炮喷水落点的距离S。

作为本发明的一种优选实施方式，所述获取消防水炮的喷水口的喷水速度V包括：

测量消防水炮的喷水口内的水压P；

控制系统根据P＝ρgh计算出该压强对应的水深理论值h；

控制系统由能量守恒定律：

计算得到

作为本发明的一种优选实施方式，所述的控制系统将消防水炮喷水落点的计算距离S与消防水炮喷水落点的目标距离S₀进行比较，判断是否满足

若判断结果为是，则控制消防水炮进行喷水，若判断结果为否，则进行调试程序；

其中，k为误差因数，0≤k≤0.2。

进一步地，所述的调试程序包括：

选定消防水炮的喷水口高度H、仰角α以及喷水速度V这三个参数中的两个为设定值，调整剩余一个参数的值，重新计算消防水炮喷水落点的计算距离S，当其满足

时，控制系统控制消防水炮按照调整后的参数值进行配置。

进一步地，所述的调试程序中，当选定消防水炮的喷水口高度H和仰角α为设定值时，通过调整消防水炮的喷水口内的水压P，根据公式

实现对喷水速度V的调整。

作为本发明的一种优选实施方式，所述的控制系统接收设定的消防水炮喷水落点的目标距离S₀，将S₀代入公式

选定消防水炮的喷水口高度H、仰角α以及喷水速度V这三个参数中的两个为设定值，计算出剩余一个参数的值，控制系统控制消防水炮按照计算出参数值进行配置。

进一步地，当选定消防水炮的喷水口高度H和仰角α为设定值时，计算消防水炮的喷水口的喷水速度V，根据公式

对消防水炮的喷水口内的水压P进行调整。

作为本发明的一种优选实施方式，所述的消防水炮为伺服电控型消防水炮，包括可实时获取水泡出水口的仰角与偏移量的水炮伺服电机，水炮伺服电机与控制系统相连。

进一步地，所述的消防水炮连接有可实时获取消防水炮内水压的电子水压计。

进一步地，包括：

在消防水炮喷水时，电子水压计测出当前的水压P；

通过消防水炮的伺服电机来获取消防水炮的喷水口当前的仰角α；

控制系统根据公式

计算得出消防水炮喷水落点的距离S；

其中

H为设定的消防水炮的喷水口高度H。

本发明同时提供了一种采用上述任意一项所述的消防水炮喷水落点的定位方法的消防机器人。

本发明的一种消防水炮喷水落点的定位方法，通过根据消防水炮的已知参数值计算得出喷水落点的距离S，从而实现有效定位，因此，本发明具有如下技术效果：

(1)可以动态测量消防水炮的任意喷水仰角下喷水的落点距离S，提高灭火效率。

(2)不需要增加额外的测量工具，只通过消防机设备自身的结构部件实现，无需额外成本。

(3)方法简单，计算方便，可在作业中实时预测水的落点，灭火效率提升。

附图说明

图1本发明消防水炮的喷水落点轨迹示意图；

图2本发明消防机器人的结构示意图；

图3本发明消防机器人的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的进行详细描述：

一种消防水炮喷水落点的定位方法，所述的消防水炮用于喷水灭火，消防水炮设置在消防设备上，消防设备包括控制系统，所述定位方法包括：

获取消防水炮的喷水口高度H，以及喷水口与其所设置的水平面之间的仰角α；

获取消防水炮的喷水口的喷水速度V；

控制系统根据公式

计算得出消防水炮喷水落点的距离S。

本发明的定位方法，在消防水炮设定以后，消防水炮的喷水口高度H便设定了，可直接测量得到消防水炮的喷水口高度H，与此同时，消防水炮的喷水口与其所设置的水平面之间的仰角α也设定了，即可得到消防水炮的喷水口仰角α，消防水炮的喷水口的喷水速度V可通过测量得到，这样分别将各个参数代入公式

中，便能直接计算得到消防水炮喷水落点的距离S，从而实现有效定位，因此，本发明具有如下技术效果：

(1)可以动态测量消防水炮的任意喷水仰角下喷水的落点距离S，提高灭火效率。

(2)不需要增加额外的测量工具，只通过消防机设备自身的结构部件实现，无需额外成本。

(3)方法简单，计算方便，可在作业中实时预测水的落点，灭火效率提升。

具体地，本发明的计算方法，如图1所示，为本发明消防水炮的喷水落点轨迹示意图，以水平面为X轴，竖直面为Y轴建立如图XOY坐标系。消防水炮设置在图中的A点，因此，消防水炮的喷水口高度H＝OA。消防水炮的喷水沿着图中A-M-B曲线运动，最后落点为B，其中M为喷水的最高点，M对应在X轴上的点为P(未标出)，要想定位消防水炮喷水落点，即得出OB的距离即为S。

消防水炮的喷水口的喷水速度为V，消防水炮的喷水口与X轴之间的仰角α，将V分解为沿X轴的分量Vx和沿Y轴的分量Vy，Vx＝Vcosα，Vy＝Vsinα。

分析消防水炮的喷水运动可知，由M到A和由M到B分别为两段平抛运动，由A到M，V沿Y轴的分量Vy逐渐减小为0，设由A到M运动时间为t，则有：

Vy＝gt，OP＝Vxt，

所以

由M到B为平抛运动，设由M到B运动时间为t₁，则有：

PB＝Vxt₁。

因此，

得到

所以，

整理后 得，

由上述计算方法的过程可知，本发明的定位方法结合消防水炮的喷水轨迹及运动原理进行计算，计算方法合理，对于消防水炮喷水的定位更加接近与实际的喷水落点，对于消防水炮喷水落点的定位合理准确，具有可靠的参依据。

由消防水炮喷水落点的定位方法中的公式可知需要获取消防水炮喷水口的喷水速度，可借助一定的检测仪器进行测量，本发明提供一种更为简便的方法，具体地，所述获取消防水炮的喷水口的喷水速度V包括：

测量消防水炮的喷水口内的水压P；

控制系统根据P＝ρgh计算出该压强对应的水深理论值h；

控制系统由能量守恒定律：

计算得到

上述获取消防水炮的喷水口的喷水速度V的方法中：

(1)根据能量守恒定律以及水深和压强的关系P＝ρgh(h为不同水压下的理论值)，知道出口面积一定，不同压强下喷水瞬间水的能量等同于水的重力势能.

(2)近似认为水的势能全部转化动能，则有：

因此，本发明将检测消防水炮的喷水口的喷水速度V转换为检测消防水炮的喷水口内的水压P，通过消防水炮内的水压计就能实现，一方面，现有消防水炮内一般设置有水压计，可直接利用，无需额外增加检测元件，降低成本，另一方面，检测消防水炮内的水压更易加简单，容易实现。

本发明的消防水炮喷水落点的定位方法可对喷水落点进行有效的定位，这在实际的消防工作中具有重要的意义。

作为本发明的一种优选实施方式，本发明的一种消防水炮喷水落点的定位方法，所述的控制系统将消防水炮喷水落点的计算距离S与消防水炮喷水落点的目标距离S₀进行比较，判断是否满足

若判断结果为是，则控制消防水炮进行喷水，若判断结果为否，则进行调试程序；

其中，k为误差因数，0≤k≤0.2，优选地，k＝0.1。

这样，本发明的一种消防水炮喷水落点的定位方法可根据在消防工作中的实时状态计算得到消防水炮喷水落点的距离S，以确保其在目标距离S₀有效范围内，从而具有最佳的灭火效果，提高灭火速率。同时，若计算得到消防水炮喷水落点的距离S与目标距离S₀偏差较大，可提醒消防人员进行调试，以确保其获得最佳的灭火效果。

进一步地，所述的调试程序包括：

选定消防水炮的喷水口高度H、仰角α以及喷水速度V这三个参数中的两个为设定值，调整剩余一个参数的值，重新计算消防水炮喷水落点的计算距离S，当其满足

时，控制系统控制消防水炮按照调整后的参数值进行配置。

具体地，所述的调试程序中，当选定消防水炮的喷水口高度H和仰角α为设定值时，通过调整消防水炮的喷水口内的水压P，根据公式

实现对喷水速度V的调整。该程序中，将调节速度转变为调节水压P，更好控制，易于实现。

或者，所述的调试程序中，当选定消防水炮的喷水口高度H和喷水速度V为设定值时，调整消防水炮的喷水口仰角α使消防水炮喷水落点的计算距离S处于合理范围内。

再或者，所述的调试程序中，当选定消防水炮的喷水口仰角α和喷水速度V为设定值时，调整消防水炮的喷水口高度H使消防水炮喷水落点的计算距离S处于合理范围内。

作为本发明的另一种优选实施方式，本发明的一种消防水炮喷水落点的定位方法，所述的控制系统接收设定的消防水炮喷水落点的目标距离S₀，将S₀代入公式

选定消防水炮的喷水口高度H、仰角α以及喷水速度V这三个参数中的两个为设定值，计算出剩余一个参数的值，控制系统控制消防水炮按照计算出参数值进行配置。

这样，在知道火源的确切位置时，即知道消防水炮喷水落点的目标距离S₀，通过将S₀直接代入公式中计算得到消防水炮的配置参数，有助于消防人员在设置水炮时更有针对性，在设置完成后，消防水炮可直接喷水于火源位置，大大的提高了消防的灭火速率，灭火效果更佳。

进一步地，上述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，当选定消防水炮的喷水口高度H和仰角α为设定值时，计算消防水炮的喷水口的喷水速度V，根据公式

对消防水炮的喷水口内的水压P进行调整。

或者，上述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，当选定消防水炮的喷水口高度H和喷水速度V为设定值时，计算消防水炮的喷水口的仰角α，根据仰角α的计算结果对消防水炮进行配置。

再或者，上述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，当选定消防水炮的喷水口喷水速度V和仰角α为设定值时，计算消防水炮的喷水口的高度H，根据高度H的计算结果对消防水炮进行配置。

本发明所述的消防水炮为伺服电控型消防水炮，包括可实时获取水泡出水口的仰角与偏移量的水炮伺服电机，水炮伺服电机与控制系统相连。

进一步地，所述的消防水炮连接有可实时获取消防水炮内水压的电子水压计。

具体地，包括：

在消防水炮喷水时，电子水压计测出当前的水压P；

通过消防水炮的伺服电机来获取消防水炮的喷水口当前的仰角α；

控制系统根据公式

计算得出消防水炮喷水落点的距离S；

其中

H为设定的消防水炮的喷水口高度H。

实施例一

本发明的消防设备为消防机器人，消防机器人采用上述的消防水炮喷水落点的定位方法。如图2及图3所示，一种消防机器人，包括：

底盘架2，用于承载和连接各个部件；

消防水炮1，安装在底盘架2上，用于喷射灭火介质；

支重轮组件5，安装在底盘架2下方，用于支撑整车质量；

驱动轮4，安装在底盘架2前部，且位于支重轮组件5的上方，用于输出动力；

涨紧轮8，安装在底盘架2后部，且位于支重轮组件5的上方；

履带3，安装在驱动轮4、支重轮组件5和涨紧轮8上，用于动力传动；

涨紧装置7，安装在底盘架2上，用于推动涨紧轮8以调节履带松紧；

动力装置9，安装在底盘架2上，用于为驱动轮4提供动力；

电控装置11，安装在底盘架2上，用于机器人的检测、通讯和控制。

本发明的消防机器人可取代人在火灾中发挥灭火作用，减少人员伤亡。

本发明的底盘架2为由金属板材制成的框架结构，底盘架上可承载各种装置，因此，底盘架需要由高强度的金属板材制成，兼具耐高温特性，以适应火宅现场的环境。

作为本发明的一种优选实施方式，支重轮组件5包括多个，至少安装在底盘架2下方的前部、中部和后部。本发明的支重轮组件设置多个，这样每个支重轮组件的承载力就减少，每个支重轮组件的工况更加稳定，另外，支重轮组件5安装在底盘架2下方的前部、中部和后部，可使得底盘架2的整个下部得到有效的支撑。

进一步地，所述底盘架下方的前部和后部分别安装有第一支重轮组件，底盘架下方的中部安装有第二支重轮组件；所述的第一支重轮组件包括第一支重轮，第二支重轮组件包括第二支重轮，第一支重轮的外径大于第二支重轮的外径。

本发明的第一支重轮的外径大于第二支重轮的外径，因此，第一支重轮组件为主要支撑件，第二支重轮组件为辅助支重轮组件。第一支重轮组件承担主要的支撑作用，确保支撑的稳定性，第二支重轮组件在第一重轮组件无法支撑的位置进行辅助支撑，一方面可减低整体的成本，另外一方面，相比同排量机器人车体更小型化。

作为本发明的一种优选实施方式，本发明的电控装置11包括电控箱和设置在电控箱内的：

电池，用于为消防机器人电气元件提供电力；

雷达避障传感器，用于检测行进过程中所遇到的障碍物；

温度传感器，用于检测电控箱内部及工作现场温度；

通讯装置，用于将传感器检测的数据及图像信息实时传输给机器人控制端；

中央处理器，用于采集和传输传感器检测的数据，接收和发送指令控制机器人的运动；

动力装置驱动器，用于控制动力装置的工作。

本发明的电控装置11为消防机器人的“心脏”，一方面，承担着实时检测环境情形的作用，另一方面，承担着数据的通讯、指令的接收和执行。因此，本发明的电控装置集成度更高，具备壁障系统，当前方有障碍物的时可以自动转向或停止。

电控箱内部还配有高温报警系统，当车体临近火场工作时，实时检查电控箱内部温度，临近安全温度会报警，保护电子元器件。

进一步地，电控箱为由阻火、耐高温材料制成的内部具有中空腔室箱体。电控箱为设置在其中的各种装置提供了有效的保障，在进入火灾现场时，确保机器人能正常工作。

作为本发明的一种优选实施方式，所述的消防水炮1包括用于消防灭火主喷头和用于机器人自喷淋的自喷淋喷头。本发明的消防喷头在进行灭火的同时，还能实现对机器人自身的喷淋，避免机器人在火灾现场发生着火。

具体地，消防水炮1的进水管上安装三通，三通的两个出水口分别连通主喷头和自喷淋喷头；所述的自喷淋喷头包括多个，均布于底盘架上的各个部位。本发明通过在底盘架上的各个部位设置自喷淋喷头，保证消防机器人整体都能实现自喷淋效果，最大限度的避免机器人着火。

消防水炮1上放置电子水压计，遥控器上实时显示消防水炮1的水压，避免由于水压过大导致消防水炮1后坐力大引起车体滑移。

另外，通过调整结构上合理设计，通过重心调节使消防水炮1前置，增加工作时的安全性。

作为本发明的一种优选实施方式，消防机器人还包括姿态检测传感器12，用于实时监测机器人车体姿态。

具体地，所述的姿态检测传感器为倾角仪，倾角仪通过检测机器人相对水平面的倾角，判断工作地点是否满足消防水炮安全工作要求。本发明的消防机器人配备倾角仪，可以检查车体姿态，当车体临近倾翻角时提醒操作人员，避免发生危险。

本发明的消防机器人工作前的准备工作：①将电控箱内的电池电量冲满；②将消防机器人中心电源开关启动。

本发明的消防机器人运行过程：准备工作完成后，开启远程控制端的实时监控画面，由摄像头拍摄的实时画面经无线传输至远程控制端，由操作人员根据行进路线从远程控制端发出指令，经无线数据传输系统传递信号命令至消防机器人的中央处理器，控制动力装置驱动器启动，控制动力装置驱动器控制动力装置9运转，动力装置9分别带动两个驱动轮，消防机器人前进后退时由操作人员。

控制操作手柄的方向来对动力装置驱动器进行控制。

当到达指定位置时，通过操作手柄上的停止按钮控制动力装置驱动器停止，而操作人员根据实时监控画面里面的现场情况判断是否进行消防水炮喷射动作。若需要进行喷射操作时，则通过操作手柄上的消防水炮控制按钮进行操作，而操作的命令由远程控制端经无线传输系统传递至消防机器人的中央处理器，由中央处理器控制消防水炮喷射回转角度和俯仰角度。通过实时监控画面的监控，待位置合适后操作人员通过操作手柄发出启动的命令。同时自喷淋启动，由消防水炮的入水口处通过三通分出水流，经过软管，硬管传至多个喷头处，给车体降温。

灭火完成后再由操作人员操作控制手柄停止喷射，同时自喷淋停止。

控制系统：

本发明的消防机器人由消防人员通过远程遥控操作，在行进过程中雷达避障传感器通过检测机器人前方障碍物，提醒操作人员机器人前方路况，结合前方摄像头图像辅助操作人员完成对机器人的安全操作。

姿态传感器通过实时监测当前机器人相对水平面的倾角，判断当前工作地点是否满足水炮安全工作要求，防止水炮工作过程中后坐力过大导致机器人发生倾翻事故。

温度传感器通过实时采集机器人内部温度及消防现场温度，发出高温警报，控制自喷淋降温系统工作。

本发明提供了一种上述消防机器人的控制方法，远程控制端与消防机器人进行通讯连接，远程控制端控制消防机器人启动并进入消防工作区域，消防机器人通过传感器检测数据及采集图像并发送给远程控制端，远程控制端根据数据及图像进行分析后向消防机器人发送相关指令，消防机器人接收指令执行相应动作。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (9)

1.一种消防水炮喷水落点的定位方法，所述的消防水炮用于喷水灭火，消防水炮设置在消防设备上，消防设备包括控制系统，其特征在于，所述定位方法包括：

获取消防水炮的喷水口高度H，以及喷水口与其所设置的水平面之间的仰角α；

获取消防水炮的喷水口的喷水速度V；

控制系统根据公式

计算得出消防水炮喷水落点的距离S，其中，

所述的控制系统接收设定的消防水炮喷水落点的目标距离S₀，将S₀代入公式

选定消防水炮的喷水口高度H、仰角α以及喷水速度V这三个参数中的两个为设定值，计算出剩余一个参数的值，控制系统控制消防水炮按照计算出参数值进行配置。

2.根据权利要求1所述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，其特征在于，所述获取消防水炮的喷水口的喷水速度V包括：

测量消防水炮的喷水口内的水压P；

控制系统根据P＝ρgh计算出该压强对应的水深理论值h；

控制系统由能量守恒定律：

计算得到

3.根据权利要求1或2所述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，其特征在于，所述的控制系统将消防水炮喷水落点的计算距离S与消防水炮喷水落点的目标距离S₀进行比较，判断是否满足

若判断结果为是，则控制消防水炮进行喷水，若判断结果为否，则进行调试程序；

其中，k为误差因数，0≤k≤0.2。

4.根据权利要求3所述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，其特征在于，所述的调试程序包括：

选定消防水炮的喷水口高度H、仰角α以及喷水速度V这三个参数中的两个为设定值，调整剩余一个参数的值，重新计算消防水炮喷水落点的计算距离S，当其满足

时，控制系统控制消防水炮按照调整后的参数值进行配置。

5.根据权利要求4所述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，其特征在于，所述的调试程序中，当选定消防水炮的喷水口高度H和仰角α为设定值时，通过调整消防水炮的喷水口内的水压P，根据公式

实现对喷水速度V的调整。

6.根据权利要求5所述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，其特征在于，当选定消防水炮的喷水口高度H和仰角α为设定值时，计算消防水炮的喷水口的喷水速度V，根据公式

对消防水炮的喷水口内的水压P进行调整。

7.根据权利要求1或2所述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，其特征在于，所述的消防水炮为伺服电控型消防水炮，包括可实时获取水泡出水口的仰角与偏移量的水炮伺服电机，水炮伺服电机与控制系统相连；所述的消防水炮连接有可实时获取消防水炮内水压的电子水压计。

8.根据权利要求7所述的一种消防水炮喷水落点的定位方法，其特征在于，包括：

在消防水炮喷水时，电子水压计测出当前的水压P；

通过消防水炮的伺服电机来获取消防水炮的喷水口当前的仰角α；

控制系统根据公式

计算得出消防水炮喷水落点的距离S；

其中

H为设定的消防水炮的喷水口高度H。

9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的消防水炮喷水落点的定位方法的消防机器人。

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