CN107007955A - 一种面向火灾初期的小型警示灭火机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种面向火灾初期的小型警示灭火机器人，其中，移动平台装置包括底盘主体、两组车轮和悬挂组件，底盘主体呈矩形框架结构，两组车轮分别通过悬挂组件安装于底盘主体的前后两端；底盘主体中部还设置有云台，云台上安装有检测和警报装置，云台分别由P轴电机和Y周电机控制实现pitch和yaw轴的两个旋转自由度的调节；灭火装置包括储存罐和喷头，储存罐安装于底盘主体后端且储存罐中装有灭火剂，储存罐通过活动软管连接于喷头，喷头固定于云台且朝向正前方。本发明自动化程度高，人员可以远程操作，更加安全可靠。

Description

一种面向火灾初期的小型警示灭火机器人

技术领域

本发明涉及机器人应用技术，具体涉及一种应用于火灾现场的面向火灾初期的小型警示灭火机器人。

背景技术

如今的火灾报警装置已经很多样化，主要分为两类：火灾报警装置和灭火装置。最常见的自动装置有烟雾报警装置、自动喷淋装置和需求人力的灭火器消防栓等。

灭火的最佳时期在初期，越早发现，越容易扑灭。在这里，我们要除去大型灭火设备，如消防车、云梯、消防栓等。因为大型设备在火灾初期的短暂时间内难以调动，并不具备实时监控、立刻执行的特性。

另外、烟雾报警设备和自动喷淋设备结合的灭火系统是建筑使用的最普遍的设备。它包括烟雾报警传感器，警报装置、喷淋设备和供水系统。当烟雾报警传感器感受到环境烟雾含量过高时，就会触发报警开关，提醒人类注意火灾。同时，喷淋设备打开，水从房顶喷出，实现灭火目的。

现有火灾预警系统的弊端也是显而易见的。第一，现有装置无法移动。因为是集成在建筑内的，所以只能定点进行灭火，而无法根据火灾位置进行移动，并且，由于从上向下进行喷水，喷淋面积大，造成房屋受到损坏严重、浸泡危害大，并且在某些电路设备多、化学产品多的场所，不适合使用水来灭火。第二，灭火效果不明显。大面积喷洒并不能做到集中消灭火源，不能有针对性的实现灵活灭火、高效灭火。第三，火源感应时间长，初期火源并没有大量烟雾，往往不能触发报警器，等到感应到火灾发生时，火灾也发展到鼻尖哦旺盛的时期了，此事再采取措施，也显得有些迟缓。第四，误报现象。家用报警器，尤其是部分安装在厨房的报警器，受到做饭炒菜的油烟影响，很有可能产生误报现象。所以，不少用户将烟雾报警器遮挡起来，以免发生不必要的麻烦。但是这样有使得报警器失去了其使用价值。综合上面的分析，一台能够自主移动，灵活高效灭火，并且方便调控，识别准确预警灭火装置，是完全符合当今社会需求的。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种面向火灾初期的小型警示灭火机器人。

技术方案：本发明的一种面向火灾初期的小型警示灭火机器人，包括移动平台装置、检测和警报装置以及灭火装置；所述移动平台装置包括底盘主体、两组车轮和悬挂组件，底盘主体呈矩形框架结构，两组车轮分别通过悬挂组件安装于底盘主体的前后两端；底盘主体中部还设置有云台，云台上安装有检测和警报装置，所述云台分别由P轴电机和Y周电机控制实现pitch和yaw轴的两个旋转自由度的调节；所述检测和警报组装置包括检测组件和警报组件，检测组件包括烟雾检测器、红外摄像头、温度传感器和超声波传感器，警报组件包括警报器、警报灯和远距离警报装置，所述灭火装置包括储存罐和喷头，储存罐安装于底盘主体后端且储存罐中装有灭火剂，储存罐通过活动软管连接于喷头，喷头固定于云台且朝向正前方。

进一步的，所述底盘主体整体大小为750±80mm×450±60mm(实际上车身整体的大小可根据用户需求的灭火剂装载量和环境空间大小等因素做出适应性调整)，所述两组车轮均采用麦克纳姆轮，底盘主体的前端还设有防撞梁。采用这样的设计使得车身在竖直方向的振动更小，以维持电子设备和灭火装置的稳定，同时可以提高摄像头的视觉体验，降低镜头抖动，可以更方便的让后台监控者判断火灾形势，更快的做出反应。

进一步的，所述悬挂组件包括车架主体、下板、上板和弹簧阻尼器，车架主体安装于底盘，下板安装于车架主体上前后两端与两组车轮分别对应的位置处，下板与车架适应转动合页连接，下板可绕自身与车架的连接轴做转动，车轮通过轮轴、底座和下板固连，在颠簸时，车轮可以在下板的摆动中做上下运动，上板架设于下板的正上方，并且与车架固连，上板在运动中始终和车架保持同步，每个车轮均通过联轴器与电机连接，弹簧阻尼器的一端固定于上板，且另一端连接于下板，在下摆动时，弹簧阻尼器不断压缩或伸长，实现颠簸信号的衰减震荡，帮助车架稳定。

进一步的，所述烟雾检测装置放在车架主体后方，跟随车架主体移动(主要是考虑到车前方需要较好的视野范围和平衡车身前后配重)，红外摄像头放置于云台上的喷头正上方，并且跟随灭火器喷头一起转动(能够更加方便操作者观察到灭火剂喷射方向，通过对火源的方向、大小、形状的视觉识别，对火源的种类做出判断，这样可以排除由吸烟或厨房油烟引起的误报)，温度常感器发放至于车架的中间位置且在云台前方(防止机器人过于靠近火源，前方更加贴合多数情况下的运动朝向)，超声波传感器安装于车架主体最前端，在车架主体和悬挂板之间，车身左右两边各有一个，主要用于探测前方障碍物，方便车辆绕开障碍物；检测组件开启后即时采集环境信息，并且UART串口传输到STM32芯片中，该芯片通过对温度、超声波、烟雾和遥控接收器的信号进行处理，其中，人员发出的遥控信号优先级最高，在不冲突遥控指令的情况下，温度和超声波信号可以协助机器人进行姿态调整(二者协同既可保证机器人接近人员，又不至于靠的太近从而伤害到自身)，烟雾信号主要用于把机器人从待机状态唤醒，完成周围有火灾时的自启动，摄像头信号则是通过机器人自带的图传系统，把摄像头拍摄到的图像进行图像处理器，对视频信息进行编译，编译的信息通过机器人上的2.4G发送器发射，然后后方的接收器接受图像信息，并且进行解码，发送到屏幕上实时播放。

进一步的，所述警报器和警报灯通过声音和灯光提醒火源附近的人注意安全，提醒周围人逃离或者抓紧灭火，远距离警报装置可以发送警报信号到后台监控，通过监控视频中的图像和声音提醒保安或者消防员目前火警现状。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明使得民用灭火装置更加智能化，具有更强的检测能力，可以实现24小时监控，灭火机器人具有的多种检测手段，可以通过烟雾、红外图像、温度等方式感知外界变化，既可以感知外界变化，也可以分辨是真实火灾还是由生产生活的烟雾引起的误报。

(2)本发明可以实时传回现场图像，可以让工作人员尽快了解火灾状况，了解有无受伤人员，以便及时做出反应。

(3)本发明具备一定的自主灭火能力，温度传感器和红外摄像头协调工作，可以让机器人靠近火源但不至于靠的太近，自身携带的灭火剂可以经由后台控制喷头射出，喷头后方是电动的阀门，原理和普通阀门没有区别，只是将人手的拧动改为了电机带动的旋转，电机布置在喷头后面，电机在下，阀门在上，芯片控制了电机的正反转，也就实现了阀门的打开和闭合，效果与手持式灭火器接近，具有一定的灭火能力。

(4)本发明与传统的固定式自动喷淋装置相比，具有灵活性更强，适应性更广泛，可以移动灭火，找到最佳灭火位置的特点。

综上所述，本发明与传统手持式灭火器和消防栓相比，具有自动化程度高，人员可以远程操作，更加安全可靠的特点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的侧视图；

图4为图1的俯视图；

图5为本发明中移动平台装置的局部示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1至图4所示，本发明的一种面向火灾初期的小型警示灭火机器人，包括移动平台装置、检测和警报装置以及灭火装置；所述移动平台装置包括底盘1主体、两组车轮2和悬挂组件，底盘1主体呈矩形框架结构，两组车轮2分别通过悬挂组件安装于底盘1主体的前后两端；底盘1主体中部还设置有云台3，云台3上安装有检测和警报装置，所述云台3分别由P轴电机4和Y周电机控制实现pitch和yaw轴的两个旋转自由度的调节；所述检测和警报组装置包括检测组件和警报组件，检测组件包括烟雾检测器、红外摄像头、温度传感器和超声波传感器，警报组件包括警报器、警报灯和远距离警报装置，所述灭火装置包括储存罐和喷头7，储存罐安装于底盘1主体后端且储存罐中装有灭火剂，储存罐通过活动软管连接于喷头7，喷头7固定于云台3且朝向正前方。

其中，云台3具有两个旋转自由度，通过Y轴电机3和P轴电机4对云台3的控制，可以实现云台3pitch和yaw轴的调节，使得灭火器喷头7可随着云台3的转动而改变朝向，实现了多个角度的灭火。云台3分为两个部分，第一个部分是提供yaw轴自由度的模块，由固连在底板上的支架和水平旋转部分组成，旋转部分由一个角接触球轴承连接，使得上层部分所有重力由轴承支撑，被车架所承担，不会使得电机轴受力。第二个部分是提供pitch轴自由度部分，两个Y形支架从上一个顶部伸出，中间搭载着转动轴，其一端由法兰轴承支撑，另一端通过联轴器12连接电机轴，当P轴电机4转动时，则灭火器喷头7可以跟随着轴俯仰转动，从而实现了喷头7的灵活调节。

如图5所示，上述底盘1主体整体大小为750±80mm×450±60mm(实际上车身整体的大小可根据用户需求的灭火剂装载量和环境空间大小等因素做出适应性调整)，所述两组车轮2均采用麦克纳姆轮(四个车轮2均有相应电机控制)，底盘1主体的前端还设有防撞梁6。采用这样的设计使得车身在竖直方向的振动更小，以维持电子设备和灭火装置的稳定，同时可以提高摄像头的视觉体验，降低镜头抖动，可以更方便的让后台监控者判断火灾形势，更快的做出反应。

上述悬挂组件包括车架主体、下板8、上板9和弹簧阻尼器10，车架主体安装于底盘1，下板8安装于车架主体上前后两端与两组车轮2分别对应的位置处，下板8与车架主体适应转动合页连接，下板8可绕自身与车架主体的连接轴11做转动，下板8还通过连接轴11与下摆臂13连接，车轮2通过轮轴、底座和下板8固连，在颠簸时，车轮2可以在下板8的摆动中做上下运动，上板9架设于下板8的正上方，并且与车架固连，上板9在运动中始终和车架保持同步，每个车轮2均通过联轴器12与电机连接，弹簧阻尼器10的一端固定于上板9，且另一端连接于下板8，在下摆动时，弹簧阻尼器10不断压缩或伸长，实现颠簸信号的衰减震荡，帮助车架稳定。

上述烟雾检测装置放在车架主体后方，跟随车架主体移动(主要是考虑到车前方需要较好的视野范围和平衡车身前后配重)，红外摄像头放置于云台3上的喷头7正上方，并且跟随灭火器喷头7一起转动(能够更加方便操作者观察到灭火剂喷射方向，通过对火源的方向、大小、形状的视觉识别，对火源的种类做出判断，这样可以排除由吸烟或厨房油烟引起的误报)，温度常感器发放至于车架的中间位置且在云台3前方(防止机器人过于靠近火源，前方更加贴合多数情况下的运动朝向)，超声波传感器安装于车架最前端，在车架主体和悬挂板之间，车身左右两边各有一个，主要用于探测前方障碍物，方便车辆绕开障碍物；检测组件开启后即时采集环境信息，并且UART串口传输到STM32芯片中，该芯片通过对温度、超声波、烟雾和遥控接收器的信号进行处理，其中，人员发出的遥控信号优先级最高，在不冲突遥控指令的情况下，温度和超声波信号可以协助机器人进行姿态调整(二者协同既可保证机器人接近人员，又不至于靠的太近从而伤害到自身)，烟雾信号主要用于把机器人从待机状态唤醒，完成周围有火灾时的自启动，摄像头信号则是通过机器人自带的图传系统，把摄像头拍摄到的图像进行图像处理器，对视频信息进行编译，编译的信息通过机器人上的2.4G发送器发射，然后后方的接收器接受图像信息，并且进行解码，发送到屏幕上实时播放。

上述警报器和警报灯通过声音和灯光提醒火源附近的人注意安全，提醒周围人逃离或者抓紧灭火，远距离警报装置可以发送警报信号到后台监控，通过监控视频中的图像和声音提醒保安或者消防员目前火警现状。

本发明中的移动平台装置能够实现机器人的自主移动，通过麦克纳姆车轮2还具有跨障和避障能力，其中的悬挂装置使得机器人底盘1具备了一定的承受路面不平度的能力，可以越过小型的凸起和凹坑，通过四个麦克纳姆轮的正反向和差速调节，可以实现小车的前后左右平移和顺时针逆时针旋转，使得机器人可以在复杂路况中，沿着灵活多变的轨迹运动。另外还可以在车身最外面安装有石棉等耐高温材料，可以在机器人未经受长时间明火灼烧下，抵御一定的高温，机器人车架下方除了悬挂、轮组外，尽可能减少电路的布置，可以帮助机器人进行浅水区涉水。

本发明中的检测和警报装置不仅做到感知外界火灾的发生，同时还要做到可以定点感知火灾的来源方向，准确判断周围是真正的火灾还是生产生活中的正常烟雾环境。还能够实时传回火灾的图像，使得后台监控人员可以立刻判别火灾的形势和状态，并且可以随意切换成实时控制的模式：在由烟雾报警器唤醒后，机器人进行工作状态自检，如果没有人工指令的发布，则进行简单的自动化的灭火作业，如果中间有遥控信号的介入，则人工信号具有更高的优先级，使得机器人可以按照人类的想法进行灭火动作。

在最终确认火源的方向、大小和距离等数据进行灭火剂喷洒时，具有较好的准确性，做到快速喷射，迅速灭火，利用好火灾初期规模小温度低的特点，做到高效低影响灭火。

Claims (5)

1.一种面向火灾初期的小型警示灭火机器人，其特征在于：包括移动平台装置、检测和警报装置以及灭火装置；所述移动平台装置包括底盘主体、两组车轮和悬挂组件，底盘主体呈矩形框架结构，两组车轮分别通过悬挂组件安装于底盘主体的前后两端；底盘主体中部还设置有云台，云台上安装有检测和警报装置，所述云台分别由P轴电机和Y周电机控制实现pitch和yaw轴的两个旋转自由度的调节；所述检测和警报组装置包括检测组件和警报组件，检测组件包括烟雾检测器、红外摄像头、温度传感器和超声波传感器，警报组件包括警报器、警报灯和远距离警报装置，所述灭火装置包括储存罐和喷头，储存罐安装于底盘主体后端且储存罐中装有灭火剂，储存罐通过活动软管连接于喷头，喷头固定于云台且朝向正前方。

2.根据权利要求1所述的面向火灾初期的小型警示灭火机器人，其特征在于：所述底盘主体整体大小为750±80mm×450±60mm，所述两组车轮均采用麦克纳姆轮，底盘主体的前端还设有防撞梁。

3.根据权利要求1所述的面向火灾初期的小型警示灭火机器人，其特征在于：所述悬挂组件包括车架主体、下板、上板和弹簧阻尼器，车架主体安装于底盘，下板安装于车架主体上前后两端与两组车轮分别对应的位置处，下板与车架主体适应转动合页连接，下板可绕自身与车架主体的连接轴做转动，车轮通过轮轴、底座和下板固连，上板架设于下板的正上方，并且与车架主体固连，上板在运动中始终和车架主体保持同步，每个车轮均通过联轴器与电机连接，弹簧阻尼器的一端固定于上板，且另一端连接于下板，在下摆动时，弹簧阻尼器不断压缩或伸长，实现颠簸信号的衰减震荡，帮助整个车身稳定。

4.根据权利要求1所述的面向火灾初期的小型警示灭火机器人，其特征在于：所述烟雾检测装置放在车架主体后方，跟随车架主体移动，红外摄像头放置于云台上的喷头正上方，并且跟随灭火器喷头一起转动，温度常感器发放至于车架的中间位置且在云台前方，超声波传感器安装于车架主体最前端，在车架主体和悬挂板之间，车身左右两边各有一个；检测组件开启后即时采集环境信息，并且UART串口传输到STM32芯片中，该芯片通过对温度、超声波、烟雾和遥控接收器的信号进行处理，其中，人员发出的遥控信号优先级最高，在不冲突遥控指令的情况下，温度和超声波信号可以协助机器人进行姿态调整，烟雾信号主要用于把机器人从待机状态唤醒，完成周围有火灾时的自启动，摄像头信号则是通过机器人自带的图传系统，把前方图像传回后方监控中心，实现人员视野的延伸。

5.根据权利要求1所述的面向火灾初期的小型警示灭火机器人，其特征在于：所述警报器和警报灯通过声音和灯光提醒火源附近的人注意安全，提醒周围人逃离或者抓紧灭火，远距离警报装置可以发送警报信号到后台监控，通过监控视频中的图像和声音提醒保安或者消防员目前火警现状。