CN106540391A - 一种履带式消防灭火机器人及其操作方法 - Google Patents

一种履带式消防灭火机器人及其操作方法 Download PDF

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Abstract

一种履带式消防灭火机器人及其操作方法，属于机器人技术领域，由水泡模块、电器控制箱、照明装置、摄像装置、液压绞盘装置、行走机构、内部散热口、自冷却喷淋系统和气体检测装置等组成。该履带式消防机器人基于无线遥控方式控制，通过履带式行走机构，气体检测装置，照明灯，摄像头等装置对火灾现场进行控制。适用于易燃易爆，有毒有害，放射性等恶劣环境下远程执行消防救援工作，具有抗高温，耐冲击等特性，能有效减少救援人员身体伤害及死亡事故的发生。

Description

一种履带式消防灭火机器人及其操作方法
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种履带式消防灭火机器人及其操作方法，具体的说是涉及一种具有侦查和救援功能的消防灭火机器人及其操作方法。
背景技术
随着我国城市化水平的迅猛发展和现代化程度的不断提高，工业水平有了飞速的发展和进步，各种大型石油化工企业的不断増多，使易燃易爆、有毒化学制品的数量急剧増加，由于设备及管理方面的原因，导致化学油品、燃气、毒气泄漏、爆炸等灾害隐患不断增多。一旦事故发生，如果没有有效的救援装备和方法，救援人员将无法进入事故现场，如果贸然采取行动，往往会造成无辜生命的牺牲，付出惨重的代价。目前，我国消防机器人相比国外还有一定的差距，我国消防机器人以灭火机器人和火场侦察机器人为主，功能单一，体积庞大，结构复杂，应用环境有限。因此研究一种模块化多功能并且能够代替消防救援人员进入易燃、易爆、有毒、浓烟、易巧塌建筑物等危险环境中执行任务的机器人，解决消防人员在危险事故现场面临的人身安全、数据采集不足等问题，有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对易燃易爆、有毒、浓烟、易巧塌建筑物等危险火灾现场，以及现阶段消防机器人环境适应能力差，整体稳定性不足，本体构造不和谐等技术难题，提供一种履带式消防灭火机器人及其操作方法，用以代替消防员进入火灾现场，实现侦查、救援、灭火的功能。
本发明的技术方案是：一种履带式消防灭火机器人及其操作方法，其特征在于：所述机器人由水泡模块、电机控制箱、照明装置、摄像装置、液压绞盘装置、行走机构、内部散热口、自冷却喷淋系统、气体检测装置和机器人壳体等组成；所述水泡模块设置在所述机器人壳体的顶部，所述行走机构设置在所述机器人壳体的底端，所述液压绞盘装置设置在所述机器人壳体的前方，所述照明装置设置在所述液压绞盘装置的上方，所述自冷却喷淋系统半包围设置在所述机器人壳体的前面、左侧和右侧，所述气体检测装置设置在所述机器人壳体的后方；
所述水泡模块由泡沫发炮筒、水炮、开花直流电机、压力表、水平调节电机、输水通道、拖管连接孔、俯仰调节电机以及连接法兰连接构成；
所述电器控制箱由电源控制箱、操作电源开关、停止按钮、充电插座、声光报警器和环境温度传感器连接构成；
所述液压绞盘装置由卷扬机构、钢丝绳、挂钩、液压马达、液压油管和快速接口连接构成；
所述自冷却喷淋系统由雾化喷嘴、压力管路系统、喷淋开启电磁阀、手动阀门和管路拆卸快速接头构成；
所述行走机构由从动轮、张紧轮、履带、减振器、承载轮和主动轮构成。
所述泡沫发炮筒为高强度铝合金泡沫发炮筒，泡沫发炮筒与水炮之间采用螺纹连接。
所述开花直流电机、水平调节电机、俯仰调节电机均通过远程控制实现水炮的空间运动，开花直流电机在使用水炮灭火时，实现水炮的开花、直流功能；水平调节电机和俯仰调节电机实现炮台的水平、垂直运动。
所述所述照明装置为带有LED光源的防爆灯具。
所述摄像装置集成红外光源，能在夜间和烟雾中工作，并配有云台、调焦等控制功能，后台可实现对镜头的上下、左右、远近控制。
所述履带采用防火阻燃的橡胶压制而成，履带内侧有一定宽度的同步齿与主动轮、从动轮的外齿相啮合，履带外侧有一定间隔的突起，增加与地面的摩擦力。
所述张紧轮用螺栓安装在从动轮下侧，采用螺旋弹簧弹力推动张紧轮张紧履带。
所述承载轮用螺栓安装在底盘的下部，每个承载轮配备有减振器，能较好的消除振动和部分冲击力。
一种履带式消防灭火机器人的操作方法，包括如下操作步骤：
(1)确认机器人电源、手持遥控器电源、后台控制装置的电源和气体检测系统的电源都正常打开后，连接电台，打开后台显示视频，利用手持遥控器电源操纵机器人运动；
(2)利用履带式的行走机构6，控制消防机器人进行越障，进入火灾现场，同时开启照明装置3和摄像头装置4，对现场进行监控；
(3)利用摄像头装置4的红外光源，调节镜头，采集周围或本体姿态视频信息；
(4)将视频信息实时传输给后台视频监控装置，后台对视频信息处理、记录，及时操控消防机器人行走路径和其他作业；
(5)气体检测装置9对检测到的气体信息进行分析、预处理，转换成数据信息经无线传输给后台无线接收仪，再经串口通信电缆传输给电脑；
(6)电脑对数据信息进行处理，记录有毒、有害、易燃、易爆气体种类、浓度和变化趋势，有需要牵引、拖挂或者救援时，操作液压绞盘装置5，液压绞盘正向旋转，钢丝绳从卷扬机构放出，液压绞盘反向旋转，卷扬机构收紧钢丝绳；
(7)当发现火苗时，控制水炮的位置，调节水平调节电机1-5和俯仰调节电机1-8，使水炮水平，垂直运动至火苗处，开启阀门进行灭火；
(8)当火灾现场温度高于设定值时，打开自冷却喷淋系统8，在高温环境中打开喷雾阀门，对机器人自身进行冷却，消防机器人在行走困难或者塌陷路面行走时利用液压绞盘装置5进行牵引自救；
(9)结束喷水以及喷泡沫操作时，关闭泡沫罐的吸液阀，同时对整个系统进行彻底清洗；
(10)消防机器人完成消防时，返回机器人，关闭电源，进行检测维修。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种履带式消防灭火机器人及其操作方法，结构合理，能进入易燃易爆、有毒、浓烟、易巧塌建筑物等恶劣火灾现场，该发明基于无线遥控方式控制，通过履带式行走机构可跨越多种地形；气体检测装置可探测多种气体，适用于易燃易爆，有毒有害，放射性等恶劣环境下远程执行消防救援工作，具有抗高温，耐冲击等特性，能有效减少救援人员身体伤害及死亡事故的发生；水泡模块为泡沫和水两用水炮，能实现垂直和水平方向上的调节，结构简单，易于操作；自冷却喷淋系统起到了自保护的功能，当环境温度过高时，可对机器人进行有效的降温保护；可高效的完成侦查、救援、灭火等系列动作。
附图说明
图1是本发明整体主视结构示意图。
图2是本发明整体侧视结构示意图。
图3是本发明整体俯视结构示意图。
图4是本发明中行走机构结构示意图。
图5是本发明中水泡模块的主视结构示意图。
图6是本发明中水泡模块的侧视结构示意图。
图7是本发明的操作流程图。
图中：水泡模块1、电器控制箱2、照明装置3、摄像装置4、液压绞盘装置5、行走机构6、内部散热口7、自冷却喷淋系统8、气体检测装置9、机器人壳体10、泡沫发炮筒1-1、水炮1-2、开花直流电机1-3、压力表1-4、水平调节电机1-5、输水通道1-6、托管连接孔1-7、俯仰调节电机1-8、连接法兰1-9、从动轮6-1、张紧轮6-2、履带6-3、减振器6-4、承载轮6-5、主动轮6-6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-6所示，一种履带式消防灭火机器人，由水泡模块1、电机控制箱2、照明装置3、摄像装置4、液压绞盘装置5、行走机构6、内部散热口7、自冷却喷淋系统8、气体检测装置9和机器人壳体10连接组成；水泡模块1设置在机器人壳体10的顶部，行走机构6设置在机器人壳体10的底端，液压绞盘装置5设置在机器人壳体10的前方，照明装置3设置在液压绞盘装置5的上方，自冷却喷淋系统8半包围设置在机器人壳体10的前面、左侧和右侧，气体检测装置9设置在机器人壳体10的后方。电器控制箱2由电源控制箱、操作电源开关、停止按钮、充电插座、声光报警器和环境温度传感器连接组成；液压绞盘装置5由卷扬机构、钢丝绳、挂钩、液压马达、液压油管和快速接口连接组成；自冷却喷淋系统8由雾化喷嘴、压力管路系统、喷淋开启电磁阀、手动阀门和管路拆卸快速接头组成；照明装置3为带有LED光源的防爆灯具；摄像装置4集成红外光源，能在夜间和烟雾中工作，并配有云台、调焦等控制功能，后台可实现对镜头的上下、左右、远近控制。
如图4所示，一种履带式消防灭火机器人，行走机构6由从动轮6-1、张紧轮6-2、履带6-3、减振器6-4、承载轮6-5和主动轮6-6组成。履带6-3采用防火阻燃的橡胶压制而成，履带6-3内侧有一定宽度的同步齿与主动轮6-1、从动轮6-6的外齿相啮合，履带6-3外侧有一定间隔的突起，增加与地面的摩擦力。张紧轮6-2用螺栓安装在从动轮6-1下侧，采用螺旋弹簧弹力推动张紧轮张紧履带。承载轮6-5用螺栓安装在底盘的下部，每个承载轮6-5配备有减振器6-4，能较好的消除振动和部分冲击力。
如图5-6所示，一种履带式消防灭火机器人，水泡模块1由泡沫发炮筒1-1、水炮1-2、开花直流电机1-3、压力表1-4、水平调节电机1-5、输水通道1-6、拖管连接孔1-7、俯仰调节电机1-8以及连接法兰1-9连接组成；泡沫发炮筒1-1为高强度铝合金泡沫发炮筒，泡沫发炮筒1-1水炮1-2之间采用螺纹连接；开花直流电机1-3、水平调节电机1-5、俯仰调节电机1-8均通过远程控制实现水炮的空间运动，开花直流电机1-3在使用水炮灭火时，实现水炮的开花、直流功能；水平调节电机1-5和俯仰调节电机1-8实现炮台的水平、垂直运动。
如图7所示，一种履带式消防灭火机器人的操作方法，包括如下步骤：
(1)确认机器人电源、手持遥控器电源、后台控制装置的电源和气体检测系统的电源都正常打开后，连接电台，打开后台显示视频，利用手持遥控器电源操纵机器人运动；
(2)利用履带式的行走机构6，控制消防机器人进行越障，进入火灾现场，同时开启照明装置3和摄像头装置4，对现场进行监控；
(3)利用摄像头装置4的红外光源，调节镜头，采集周围或本体姿态视频信息；
(4)将视频信息实时传输给后台视频监控装置，后台对视频信息处理、记录，及时操控消防机器人行走路径和其他作业；
(5)气体检测装置9对检测到的气体信息进行分析、预处理，转换成数据信息经无线传输给后台无线接收仪，再经串口通信电缆传输给电脑；
(6)电脑对数据信息进行处理，记录有毒、有害、易燃、易爆气体种类、浓度和变化趋势，有需要牵引、拖挂或者救援时，操作液压绞盘装置5，液压绞盘正向旋转，钢丝绳从卷扬机构放出，液压绞盘反向旋转，卷扬机构收紧钢丝绳；
(7)当发现火苗时，控制水炮的位置，调节水平调节电机1-5和俯仰调节电机1-8，使水炮水平，垂直运动至火苗处，开启阀门进行灭火；
(8)当火灾现场温度高于设定值时，打开自冷却喷淋系统8，在高温环境中打开喷雾阀门，对机器人自身进行冷却，消防机器人在行走困难或者塌陷路面行走时利用液压绞盘装置5进行牵引自救；
(9)结束喷水以及喷泡沫操作时，关闭泡沫罐的吸液阀，同时对整个系统进行彻底清洗；
(10)消防机器人完成消防时，返回机器人，关闭电源，进行检测维修。

Claims (10)

1.一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述机器人由水泡模块(1)、电机控制箱(2)、照明装置(3)、摄像装置(4)、液压绞盘装置(5)、行走机构(6)、内部散热口(7)、自冷却喷淋系统(8)、气体检测装置(9)和机器人壳体(10)连接组成；所述水泡模块(1)设置在所述机器人壳体(10)的顶部，所述行走机构(6)设置在所述机器人壳体(10)的底端，所述液压绞盘装置(5)设置在所述机器人壳体(10)的前方，所述照明装置(3)设置在所述液压绞盘装置(5)的上方，所述自冷却喷淋系统(8)半包围设置在所述机器人壳体(10)的前面、左侧和右侧，所述气体检测装置(9)设置在所述机器人壳体(10)的后方；
所述水泡模块(1)由泡沫发炮筒(1-1)、水炮(1-2)、开花直流电机(1-3)、压力表(1-4)、水平调节电机(1-5)、输水通道(1-6)、拖管连接孔(1-7)、俯仰调节电机(1-8)以及连接法兰(1-9)连接组成；
所述电器控制箱(2)由电源控制箱、操作电源开关、停止按钮、充电插座、声光报警器和环境温度传感器连接组成；
所述液压绞盘装置(5)由卷扬机构、钢丝绳、挂钩、液压马达、液压油管和快速接口连接组成；
所述行走机构(6)由从动轮(6-1)、张紧轮(6-2)、履带(6-3)、减振器(6-4)、承载轮(6-5)和主动轮(6-6)组成；
所述自冷却喷淋系统(8)由雾化喷嘴、压力管路系统、喷淋开启电磁阀、手动阀门和管路拆卸快速接头组成。
2.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述泡沫发炮筒(1-1)为高强度铝合金泡沫发炮筒，泡沫发炮筒(1-1)与水炮(1-2)之间采用螺纹连接，拆下炮筒可做水炮使用。
3.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述开花直流电机(1-3)、水平调节电机(1-5)、俯仰调节电机(1-8)均通过远程控制实现水炮的空间运动，开花直流电机(1-3)在使用水炮灭火时，实现水炮的开花、直流功能；水平调节电机(1-5)和俯仰调节电机(1-8)实现炮台的水平、垂直运动。
4.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述所述照明装置(3)为带有LED光源的防爆灯具。
5.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述摄像装置(4)集成红外光源，能在夜间和烟雾中工作，并配有云台、调焦等控制功能，后台可实现对镜头的上下、左右、远近控制。
6.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征是所述的液压绞盘装置可以在消防现场实现牵引、拖挂作业，采用外置液压马达作为动力，提高了牵引力的同时，也扩大了使用范围，适合在易燃易爆环境下作业。
7.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述履带(6-3)采用防火阻燃的橡胶压制而成，履带(6-3)内侧有一定宽度的同步齿与主动轮(6-1)、从动轮(6-6)的外齿相啮合，履带(6-3)外侧有一定间隔的突起，增加与地面的摩擦力。
8.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述张紧轮(6-2)用螺栓安装在从动轮(6-1)下侧，采用螺旋弹簧弹力推动张紧轮张紧履带。
9.根据权利要求1所述的一种履带式消防灭火机器人，其特征在于：所述承载轮(6-5)用螺栓安装在底盘的下部，每个承载轮(6-5)配备有减振器(6-4)，能较好的消除振动和部分冲击力。
10.一种如权利要求1所述的履带式消防灭火机器人的操作方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
(1)确认机器人电源、手持遥控器电源、后台控制装置的电源和气体检测系统的电源都正常打开后，连接电台，打开后台显示视频，利用手持遥控器电源操纵机器人运动；
(2)利用履带式的行走机构6，控制消防机器人进行越障，进入火灾现场，同时开启照明装置3和摄像头装置4，对现场进行监控；
(3)利用摄像头装置4的红外光源，调节镜头，采集周围或本体姿态视频信息；
(4)将视频信息实时传输给后台视频监控装置，后台对视频信息处理、记录，及时操控消防机器人行走路径和其他作业；
(5)气体检测装置9对检测到的气体信息进行分析、预处理，转换成数据信息经无线传输给后台无线接收仪，再经串口通信电缆传输给电脑；
(6)电脑对数据信息进行处理，记录有毒、有害、易燃、易爆气体种类、浓度和变化趋势，有需要牵引、拖挂或者救援时，操作液压绞盘装置5，液压绞盘正向旋转，钢丝绳从卷扬机构放出，液压绞盘反向旋转，卷扬机构收紧钢丝绳；
(7)当发现火苗时，控制水炮的位置，调节水平调节电机1-5和俯仰调节电机1-8，使水炮水平，垂直运动至火苗处，开启阀门进行灭火；
(8)当火灾现场温度高于设定值时，打开自冷却喷淋系统8，在高温环境中打开喷雾阀门，对机器人自身进行冷却，消防机器人在行走困难或者塌陷路面行走时利用液压绞盘装置5进行牵引自救；
(9)结束喷水以及喷泡沫操作时，关闭泡沫罐的吸液阀，同时对整个系统进行彻底清洗；
(10)消防机器人完成消防时，返回机器人，关闭电源，进行检测维修。
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