CN106267645A - 一种水动力消防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水动力消防机器人，包括高压水缓冲罐、控制箱、水液压马达、减速换向箱、低压水缓冲箱、防护水箱、升降水液压缸、水炮以及车身；其行进动力由水提供，能量转换部件是水液压马达，机器人无需携带大容量电池或是柴油箱，确保机器人本身不会发生爆炸，使其耐高温性能大大增强，能在更接近火源的地方作业，提高灭火效率，同时提升机器人续航能力；其其他运动部件的动力由水提供，能量转化部件是水液压缸，裸露的执行器不再用电线供电，进一步增强机器人耐高温性能，同时具有防水性能；本发明增强机器人的耐高温性能、防水性能，使机器人能在更接近火源的地方进行灭火作业，提高灭火效率，同时延长续航时间，降低成本。

Description

一种水动力消防机器人

技术领域

本发明涉及一种消防机器人，更具体地说，涉及一种水动力消防机器人。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，城市化和工业化进程的不断加快，火灾发生的次数逐年增加，伴随火灾产生的还有大量的人员伤亡和财产损失。火场环境大多复杂且危险，特别是工业生产场所发生的火灾，常常伴随着有毒有害烟气和爆炸危险。且工业厂房多为钢结构，耐火性差，随时有倒塌的危险。在这些危险的火场中，让机器人代替消防员进入火场能减少人员伤亡提高灭火效率。

现有的消防机器人多用电动机和柴油机驱动。例如中国专利申请号为CN201510504940.9的具有防水特征的消防机器人移动载体，采用电机提供行走以及其他运动部件的动力，内部安装的有电池以及驱动电路，具有防水特征，但机构复杂，携带电池无法经受过高的温度；中国专利申请号为CN201320036215.X的履带式智能消防机器人，采用柴油作为动力，机器人搭载一台柴油机驱动的空压机，空压机产生高压气体再驱动气动马达和气缸来驱动机器人，能耐受400℃以下的高温，但机构复杂，成本高昂，柴油箱在高温下有发生爆炸的危险。因此现有的采用电力和柴油驱动的消防机器人有以下不足：一是采用电机驱动的消防机器携带电池，内部有很多电缆，耐高温性能差，需要进行专门的防水设计；二是采用柴油机驱动的消防机器人结构复杂，成本高昂，自身有发生爆炸的危险性。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种采用高压消防水作为动力的消防机器人，增强机器人的耐高温性能、防水性能，使机器人能在更接近火源的地方进行灭火作业，提高灭火效率，同时延长续航时间，降低成本。

本发明采用的技术方案为：一种水动力消防机器人，包括车体和水炮，其特征在于：机器人的行进动力和其他运动部件的动力由水提供。

更进一步地，所述的行进动力的能量转换器是水液压马达，其他运动部件的能量转换器是水液压缸，其还包括高压水缓冲罐、控制箱、减速换向箱、低压水缓冲箱、防护水箱、水炮、升降水液压缸以及车身；高压消防水从高压水缓冲罐入口管处进入消防机器人；所述的高压水缓冲罐有两个出口，一个出口与控制箱相连，另一个出口与水炮控制阀相连；所述的水炮控制阀打开时高压水沿水炮喷出；所述的控制箱内设置若干电磁阀，分别控制水液压马达的开关、减速换向箱的方向、水炮的升降以及冷却水的开闭；所述的减速换向箱，其动力输入轴与水液压马达的轴通过联轴器相连，控制箱流过来的高压水作用于减速换向箱上的换向水液压缸来控制其方向，车轮轴插入减速换向箱的齿轮中，将动力最终传递给车轮；所述的低压水缓冲箱将水液压马达流出的水以及冷却水暂时储存起来，然后流向防护水箱；所述的防护水箱内的水能吸收大量的热辐射；所述的升降水液压缸铰接于车身和水炮，受控制箱的作用上升或下降，从而控制水炮的俯仰；高压水缓冲罐、控制箱、水液压马达、减速换向箱、低压水缓冲箱、防护水箱和水炮放置在车身上。

更进一步地，所述的控制箱内包括所有驱动器和执行器的控制阀门，所述的每个驱动器的控制阀只有一个，控制驱动器内高压水的通断；所述的每个执行器的控制阀门是两个构成的一组，其中一个是控制器进水阀，将高压水通入执行器，另外一个是执行器排水阀，将执行器内的高压水排出机器人；控制箱用隔板分为上下两层，上层放置控制电路，下层放置电磁阀和管路，并在隔板的下方设置水冷铜管，高压水在冷却水控制阀的控制下可经过水冷管之后通向低压水缓冲箱，以便在温度较高时独立开启水冷降低温度。

更进一步地，所述的减速换向箱采用齿轮组实现减速，三星齿板实现换向，并通过连杆来控制三星齿板的位置，连杆由换向水液压缸驱动，换向水液压缸的活塞杆伸出和缩回时减速换向箱动力的输出与输入分别是相同和相反的。

更进一步地，所述的换向水液压缸和升降水液压缸结构类似，都是单出口液压缸，通高压水时活塞杆伸出，液压缸与大气联通时在回复弹簧的作用下活塞杆缩回，从而该执行器在控制箱内电磁阀的作用下完成换向或升降的功能。

更进一步地，所述的防护水箱是由内外两层金属板构成的开放式水箱，低压水缓冲箱内的水从底部通向水箱，当水位超过顶部的溢流口时水箱内的水直接通过溢流口排出车体，所述的低压水有两部分来源，一部分来源于水液压马达，另外一部分来源于控制箱水冷管。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种水动力消防机器人，其行进动力由水提供，能量转换部件是水液压马达，机器人无需携带大容量电池或是柴油箱，确保机器人本身不会发生爆炸，使其耐高温性能大大增强，能在更接近火源的地方作业，提高灭火效率，同时提升机器人续航能力；

(2)本发明的一种水动力消防机器人，其他运动部件的动力由水提供，能量转化部件是水液压缸，裸露的执行器不再用电线供电，进一步增强机器人耐高温性能，并且具有防水性能；

(3)本发明的一种水动力消防机器人，其控制箱内包括所有驱动器和执行器的控制阀门，控制箱由上下两层构成，上层放置控制电路，下层放置电磁阀和管路，并在隔板的下方设置水冷铜管，整个控制系统在一个封闭的箱体中，这种箱式的结构可使控制系统模块化，便于安装和检修，由于其是封闭的且控制电路设置在上层，使机器人有良好的防水性能；

(4)本发明的一种水动力消防机器人，其减速换向箱采用齿轮系实现减速，三星齿板实现换向，并通过连杆来控制三星齿板的位置，连杆由换向水液压缸驱动，这种设计使减速换向箱无需供电即可实现减速和换向的功能，同时有良好的耐高温性能；

(5)本发明的一种水动力消防机器人，其水液压缸只有一个出口，液压缸通高压水时活塞杆伸出，液压缸与大气联通时在回复弹簧的作用下活塞杆收回，这种设计结构简单，成本低；

(6)本发明的一种水动力消防机器人，其外壳是一个开放式防护水箱，低压水缓冲箱内的水从底部通向此防护水箱吸收热辐射，水位漫过顶部的溢流口时直接排出车体在流淌的过程中蒸发吸热，进一步增强机器人耐高温性能。

附图说明

图1为本发明的一种水动力消防机器人的外观示意图；

图2为本发明的一种水动力消防机器人的内部构造图；

图3为本发明的一种水动力消防机器人的控制箱构造图；

图4为本发明的一种水动力消防机器人的减速换向箱的构造图；

图5为本发明的一种水动力消防机器人的升降水液压缸的构造图；

示意图中的编号说明：1为高压水缓冲罐；2为水炮控制阀；3为控制箱；301为箱体；302为盖板；303为隔板；304为水冷管；305为进水主管；306为驱动控制阀；307为执行器进水阀；308为执行器缓冲水箱；309为执行器排水阀；310为排水缓冲水箱；313为冷却水控制阀；4为水液压马达；5为减速换向箱；501为动力输入轴；502为换向液压缸体；503为换向液压缸活塞杆；504为换向液压缸弹簧；505为三星轮板；506为动力输出轴；507为三星轮A；508为三星轮B；509为齿轮系509；6为低压水缓冲箱；7为防护水箱；701为溢流口；8为升降水液压缸；801为水液压缸体；802为活塞杆；803为回复弹簧；9为水炮；10为车身。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述。

结合图1和图2，本实施例的一种水动力消防机器人，包括高压水缓冲罐1、水炮控制阀2、控制箱3、水液压马达4、减速换向箱5、低压水缓冲箱6、防护水箱7、升降水液压缸8、水炮9和车身10；高压消防水从高压水缓冲罐的1的入口进入机器人，然后分成两路，一路通向水炮控制阀2，另外一路通向控制箱3；水流经过控制电磁阀2流向水炮9，构成喷水管路；水流经过控制箱3、水液压马达4、低压水缓冲箱6和防护水箱7，构成动力管路；水液压马达4将高压水的压能转化为机械能输出到减速换向箱5，经过减速和换向后动力输出至车轮。

如图3，控制箱3由箱体301、盖板302、隔板303、水冷管304以及控制管路组成；隔板303将控制箱分为上下两部分，上层放置控制电路，下层放置控制管路；控制管路由进水主管305、两个驱动控制阀306、三个执行器进水阀307、三个执行器缓冲水箱308、三个执行器排水阀309、排水缓冲水箱310、冷却水控制阀313组成；高压水缓冲罐1与进水主管305相连；进水主管305分出六路管线，其中两路接驱动控制阀306，打开时高压水进入水液压马达4；其中三路接执行器进水阀307，执行器进水阀307打开时高压水进入对应的执行器缓冲水箱308，执行器缓冲水箱311和执行器缓冲水箱308中的水进入减速换向箱5，执行器缓冲水箱312中的水进入升降水液压缸8；当与执行器缓冲水箱相连的执行器排水阀309打开时，执行器中的高压水会进入排水缓冲水箱310然后排到机器人外；另外一路接冷却水控制阀313，当冷却水控制阀313打开时，高压水直接流经水冷管304后排到低压水缓冲箱6；综上，控制箱3的主要功能是控制水液压马达4、包括减速换向箱5和升降水液压缸8在内的执行器以及水冷管304。

如图4，减速换向箱5由动力输入轴501、换向液压缸体502、换向液压缸活塞杆503、换向液压缸弹簧504、三星轮板505、动力输出轴506、三星轮A507、三星轮B508、齿轮系509组成；高压水进入换向液压缸体502推动换向液压缸活塞杆503，换向液压缸活塞杆503推动三星轮板505顺时针转动，使动力输出轴506上的齿轮通过三星轮B508直接与齿轮系509啮合，此时动力输入轴501和动力输出轴506转向相同；当执行器排水阀309打开时，换向液压缸体502里的水压力变小，在换向液压缸弹簧504的作用下拉动换向液压缸活塞杆503使三星轮板505逆时针转动，动力输出轴506上的齿轮通过三星轮A507和三星轮B508与齿轮系509啮合，此时动力输入轴501和动力输出轴506转向相反；齿轮系509与三星轮A507或三星轮B508啮合，起到减速的作用；综上，减速换向箱5可以在执行器进水阀307和执行器排水阀309的控制下切换动力的输出方向，同时实现减速。

如图5，水液压缸8包括缸体801、活塞杆802、回复弹簧803；活塞杆802和缸体801紧配，缸体801只在底部有一个管接头，管接头与控制箱3中的控制器缓冲箱308相连，当高压水通入时，活塞杆802伸出，当与大气联通时，在回复弹簧3的作用下活塞杆803收回。

工作过程：

机器人有四个工作状态，分别是行进、调整水炮倾角、水炮喷水和冷却；行进时打开驱动控制阀306，高压水沿管路进入并驱动水液压马达4，水液压马达4的轴与减速换向箱5的动力输入轴501相连，经过减速后将动力输出至车轮驱动机器人行进，与此同时，通过打开与水液压马达4相对应的执行器进水阀307或是执行器排水阀309来控制车轮的转向，当两个车轮转向相反或是一个旋转另一个停止时机器人转弯，水液压马达4产生的低压水进入低压水缓冲箱6，之后进入防护水箱7吸收热辐射；调整水炮倾角时打开与水液压缸8相对应的执行器进水阀307，水炮9仰起，打开与水液压缸8对应的执行器排水阀309，水炮9俯下；水炮喷水时，水炮控制阀2打开，高压水从水炮9喷出；当机器人控制箱3或是防护水箱7温度过高时，冷却水控制阀313打开，高压水先进入水冷管304吸收控制箱3内的热量，后进入低压水缓冲箱6，再进入防护水箱7置换温度已经升高的水，当防护水箱7内的水漫过溢流口701时，水从溢流口701流出，沿壁面流淌至地面，流淌的过程中会蒸发吸收热量。

Claims (6)

1.一种水动力消防机器人，包括车体和水炮，其特征在于：机器人的行进动力和其他运动部件的动力由水提供。

2.根据权利要求1所述的一种水动力消防机器人，其特征在于：所述的行进动力的能量转换器是水液压马达，其他运动部件的能量转换器是水液压缸，其还包括高压水缓冲罐、控制箱、减速换向箱、低压水缓冲箱、防护水箱、水炮、升降水液压缸以及车身；高压消防水从高压水缓冲罐入口管处进入消防机器人；所述的高压水缓冲罐有两个出口，一个出口与控制箱相连，另一个出口与水炮控制阀相连；所述的水炮控制阀打开时高压水沿水炮喷出；所述的控制箱内设置若干电磁阀，分别控制水液压马达的开关、减速换向箱的方向、水炮的升降以及冷却水的开闭；所述的减速换向箱，其动力输入轴与水液压马达的轴通过联轴器相连，控制箱流过来的高压水作用于减速换向箱上的换向水液压缸来控制其方向，车轮轴插入减速换向箱的齿轮中，将动力最终传递给车轮；所述的低压水缓冲箱将水液压马达流出的水以及冷却水暂时储存起来，然后流向防护水箱；所述的防护水箱内的水能吸收大量的热辐射；所述的升降水液压缸铰接于车身和水炮，受控制箱的作用上升或下降，从而控制水炮的俯仰；高压水缓冲罐、控制箱、水液压马达、减速换向箱、低压水缓冲箱、防护水箱、升降水液压缸和水炮放置在车身上。

3.根据权利要求2所述的一种水动力消防机器人，其特征在于：所述的控制箱内包括所有驱动器和执行器的控制阀门，所述的每个驱动器的控制阀只有一个，控制驱动器内高压水的通断；所述的每个执行器的控制阀门是两个构成的一组，其中一个是控制器进水阀，将高压水通入执行器，另外一个是执行器排水阀，将执行器内的高压水排出机器人；控制箱用隔板分为上下两层，上层放置控制电路，下层放置电磁阀和管路，并在隔板的下方设置水冷铜管，高压水在冷却水控制阀的控制下可经过水冷管之后通向低压水缓冲箱，以便在温度较高时独立开启水冷降低温度。

4.根据权利要求2所述的一种水动力消防机器人，其特征在于：所述的减速换向箱采用齿轮组实现减速，三星齿板实现换向，并通过连杆来控制三星齿板的位置，连杆由换向水液压缸驱动，换向水液压缸的活塞杆伸出和缩回时减速换向箱动力的输出与输入分别是相同和相反的。

5.根据权利要求2所述的一种水动力消防机器人，其特征在于：所述的换向水液压缸和升降水液压缸结构类似，都是单出口液压缸，通高压水时活塞杆伸出，液压缸与大气联通时在回复弹簧的作用下活塞杆缩回，从而该执行器在控制箱内电磁阀的作用下完成换向或升降的功能。

6.根据权利要求2所述的一种水动力消防机器人，其特征在于：所述的防护水箱是由内外两层金属板构成的开放式水箱，低压水缓冲箱内的水从底部通向水箱，当水位超过顶部的溢流口时水箱内的水直接通过溢流口排出车体，所述的低压水有两部分来源，一部分来源于水液压马达，另外一部分来源于控制箱水冷管。