CN107626055A - 用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，包括用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人及其控制系统，方法通过控制系统中反馈模块采集的数据，由控制系统中主控工控机控制运动控制板卡向柔索并联机器人控制电路发送控制命令，利用柔索并联机构的大空间高性能的运动特点，有效地对大型仓库的温度进行全方位的监控以及火情预警，并且可以对起火堆垛进行紧急灭火。

Description

用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人

技术领域

本发明涉及机器人应用及控制领域，具体是一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人及其控制方法。

背景技术

柔索并联机器人具有结构简单、工作空间大、易拆装、可重组、模块化程度高、负载能力强、运动速度快以及价格低廉等特点。目前，各种自由度的柔索并联机器人在国内外都有广泛的研究和应用。目前大型仓库的温度监控大多采用温度传感器网络，而灭火大多采用人工方式，成本较高而且效率较低；另外仓库堆垛之间并没有防火隔离装置，一旦着火，灭火难度较大。将柔索机器人用于大型仓库的火情预警与灭火是解决该问题的可行方法。

发明内容 本发明的目的是提供一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，以解决现有技术无法解决的大型仓库的绳驱动火情预警与灭火难题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，其特征在于：包括分布于仓库顶部两侧的导轨装置，每侧的导轨装置分别由两个相互平行并呈上下排列的导轨构成，每侧的两个导轨上共同滑动安装有两个基座，每个基座上分别安装有两个伺服电机和两个卷扬机，每个基座上伺服电机一一对应与卷扬机传动连接，每个卷扬机上分别绕有柔索，每个基座上其中一个卷扬机的柔索作为连接柔索，每个基座上另一个卷扬机的柔索作为伸缩柔索，每侧的两个导轨两端分别安装有铁板，每个铁板上分别转动安装有导向定滑轮，每个铁板上还分别设有两个导向孔；

每侧的两个导轨两端的下方的地面上分别设有由伺服电机驱动的卷扬机，卷扬机上分别缠绕有一根拖动柔索，拖动柔索的一端固定在卷扬机一侧面的沟槽中，另一端倾斜向上从对应侧的两个导轨上对应铁板的导向孔穿过后，平行导轨延伸至另一端对应铁板并使索身绕过该铁板的定滑轮后，再平行导轨穿过导轨上对应基座并往回延伸至第一次穿过的铁板上，并使索身穿过该铁板上的另一个导向孔，倾斜向下，使索端固定在卷扬机的另一侧面的沟槽中，构成一个回路，由卷扬机一一对应通过拖动柔索带动基座沿导轨滑动；

仓库内顶部还设有位于两侧导轨装置之间的末端执行器，末端执行器由多个水平的正方形边框构成，多个边框从上至下依次等间距叠放形成框架结构，框架结构的四角分别朝向四个基座，每个边框四角分别设有柔索导向孔，每个边框四边中心分别设有柔索连接孔，多个边框对应边中心的柔索连接孔之间穿过有柔索，且每个边框每边中心的柔索连接孔分别与穿过的柔索等间距固定连接，每个基座上导出的连接柔索分别从框架结构位置对应的角的柔索导向孔穿过，且连接柔索与各个边框对应角的柔索导向孔固定连接，由基座通过连接柔索带动多个边框构成的框架结构整体运动；每个基座上导出的伸缩柔索分别从框架结构位置对应的角的柔索导向孔穿过，且伸缩柔索仅与最下端的边框对应角的柔索导向孔固定连接，由伸缩柔索带动多个边框整体在竖直方向伸缩；多个边框构成的框架结构中，四侧侧壁和顶部分别衬设有防火布。

用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，其特征在于：每侧两个导轨两端下方地面上的卷扬机中，卷扬机两端端面分别设有沟槽，每个卷扬机上的拖动柔索两端一一对应连接在沟槽中。

用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，其特征在于：多个边框构成的框架结构中，最上端的边框顶部设有无线传输模块、数字湿度传感器、数字温度传感器、温度成像传感器、电子指南针、超声波测距传感器、摄像头，各个伺服电机上分别安装有光电编码器，每个基座端部、最下端边框底部还分别设有限位开关；由光电编码器、限位开关，以及安装在仓库内顶部的烟雾报警器构成反馈模块；

还包括主控工控机、单片机、人机交互界面，其中人机交互界面接入主控工控机，主控工控机与单片机通讯连接，各个伺服电机的驱动器、比例放大器的输入端分别通过CAN总线接入单片机，所述反馈模块接入单片机的反馈输入端，所述数字湿度传感器、数字温度传感器、温度成像传感器、电子指南针、超声波测距传感器、摄像头通过无线传输模块接入主控工控机。

用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、进行系统的初始化，检测各个模块之间网络通讯状态是否良好，各个基座在柔索的带动下自动回零，由限位开关确定各个基座的初始位置，同时人工输入末端执行器的初始位置坐标；

（2）、开启各个传感器单元，检测安装在柔索并联机器人上各传感器输入和反馈各类信号的实时状态，生成能实际运行的现场轨迹路线，末端执行器的轨迹运行路线，仓库温湿度的检测数据曲线和历史温湿度数据统计曲线在人机交互式界面上实时更新和显示，便于监控和调试；

（3）、柔索开始拖动基座和末端执行器按规划好的路线在仓库内循环监测监控温湿度，数字温度传感器、数字湿度传感器，温度成像传感器所监测的信息反馈到主控工控机上，主控工控机对接收到的信号进行分析处理生成温湿度曲线，并于相同季节的历史温湿度曲线进行比较，若超过设定阈值，则进行自动报警；

（4）、末端执行器上装有的电子指南针、超声波测距传感器，摄像头以及伺服电机上装有的光电编码器所监测的信息反馈到主控工控机上，主控工控机对接收到的信号进行分析处理，完成人机交互功能和柔索并联机器人力学计算，控制系统解算，获得控制指令，控制指令通过通信接口传送给单片机；单片机对接受的各类控制指令进行综合分析，计算出控制信号，对伺服电机进行控制，从而实现末端执行器的自动定位和避障，防止与工作的人或机器发生碰撞；

（5）、若有堆垛起火，便会触发烟雾报警器通知此系统的维护操作人员，操作人员通过摄像头传回的信息，确定着火堆垛在仓库中的位置编号并将位置编号输入工控机，则工控机发出具体控制指令使末端执行器运动到此堆垛正上方，释放柔索，边框在自身重力的带动下随着柔索向下释放，当装在末端边框上的限位开关触碰到地面，柔索则停止下放，防火布完全罩住堆垛，达到灭火目的；

（6）系统按照步骤（1）至（5）循环工作，实时监测仓库内的温度情况直到操作人员关闭该系统。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人和控制方法，采用柔索驱动，并通过对多类传感器采集信息的反馈融合，能够有效控制可变柔索并联机器人机构参数，并利用柔索并联机构的大空间高性能的运动特点，有效地对仓库的温度进行全方位的监控以及预警，并且可以对起火堆垛进行紧急灭火。

附图说明

图1 为本发明的一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人的总示意图。

图2 为本发明的一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人的末端执行器完全展开图。

图3 为本发明的一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人的特制卷扬机示意图。

图4 为本发明的一种用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人的基座局部放大图。

图5为本发明方法流程图。

具体实施方式

如图1-图4所示，用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，包括分布于仓库顶部两侧的导轨装置，每侧的导轨装置分别由两个相互平行并呈上下排列的导轨8构成，每侧的两个导轨8上共同滑动安装有两个基座2，每个基座2上分别安装有两个伺服电机5和两个卷扬机7，每个基座2上伺服电机5一一对应与卷扬机7传动连接，每个卷扬机7上分别绕有柔索10，每个基座2上其中一个卷扬机的柔索作为连接柔索，每个基座2上另一个卷扬机的柔索作为伸缩柔索，每侧的两个导轨8两端分别安装有铁板3，每个铁板3上分别转动安装有导向定滑轮4，每个铁板3上还分别设有两个导向孔9；

每侧的两个导轨8两端的下方的地面上分别设有由伺服电机驱动的卷扬机11，卷扬机11上分别缠绕有一根拖动柔索27，拖动柔索27的一端固定在卷扬机一侧面的沟槽15中，另一端倾斜向上从对应侧的两个导轨上对应铁板24的导向孔9穿过后，平行导轨8延伸至另一端对应铁板3并使索身绕过该铁板的定滑轮4后，再平行导轨穿过导轨上对应基座2并往回延伸至第一次穿过的铁板24上，并使索身穿过该铁板上的另一个导向孔26，倾斜向下，使索端固定在卷扬机的另一侧面的沟槽25中，构成一个回路，由卷扬机一一对应通过拖动柔索带动基座沿导轨滑动。

仓库内顶部还设有位于两侧导轨8装置之间的末端执行器1，末端执行器1由多个水平的正方形边框构成，多个边框从上至下依次等间距叠放形成框架结构，框架结构的四角分别朝向四个基座2，每个边框四角分别设有柔索导向孔12，每个边框四边中心分别设有柔索连接孔17，多个边框对应边中心的柔索连接孔17之间穿过有柔索，且每个边框每边中心的柔索连接孔分别与穿过的柔索等间距固定连接，每个基座2上导出的连接柔索分别从框架结构位置对应的角的柔索导向孔12穿过，且连接柔索与各个边框对应角的柔索导向孔12固定连接，由基座2通过连接柔索带动多个边框构成的框架结构整体运动；每个基座2上导出的伸缩柔索分别从框架结构位置对应的角的柔索导向孔12穿过，且伸缩柔索仅与最下端的边框14对应角的柔索导向孔固定连接，由伸缩柔索带动多个边框整体在竖直方向伸缩；多个边框构成的框架结构中，四侧侧壁和顶部分别衬设有防火布16。

每侧两个导轨 8两端下方地面上的卷扬机11中，卷扬机11两端端面分别设有沟槽1 5，每个卷扬机11上的拖动柔索两端分别由沟槽15固定。

多个边框构成的框架结构中，最上端的边框13顶部设有无线传输模块、数字湿度传感器21、数字温度传感器19、温度成像传感器22、电子指南针、超声波测距传感器、摄像头20，各个伺服电机上分别安装有光电编码器，每个基座2端部、最下端边框底部还分别设有限位开关；由光电编码器、限位开关，以及安装在仓库内顶部的烟雾报警器构成反馈模块；

还包括主控工控机、单片机、人机交互界面，其中人机交互界面接入主控工控机，主控工控机与单片机通讯连接，各个伺服电机的驱动器、比例放大器的输入端分别通过CAN总线接入单片机，反馈模块接入单片机的反馈输入端，数字湿度传感器21、数字温度传感器19、温度成像传感器22、电子指南针、超声波测距传感器、摄像头20通过无线传输模块接入主控工控机。

如图5所示，用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人的控制方法，包括以下步骤：

（1）、进行系统的初始化，检测各个模块之间网络通讯状态是否良好，各个基座在柔索的带动下自动回零，由限位开关确定各个基座的初始位置，同时人工输入末端执行器的初始位置坐标；

（2）、开启各个传感器单元，检测安装在柔索并联机器人上各传感器 输入和反馈各类信号的实时状态，生成能实际运行的现场轨迹路线，末端执行器的轨迹运行路线，仓库温湿度的检测数据曲线和历史温湿度数据统计曲线在人机交互式界面上实时更新和显示，便于监控和调试；

（3）、柔索开始拖动基座和末端执行器按规划好的路线在仓库内循环监测监控温湿度，数字温度传感器、数字湿度传感器，温度成像传感器所监测的信息反馈到主控工控机上，主控工控机对接收到的信号进行分析处理生成温湿度曲线，并于相同季节的历史温湿度曲线进行比较，若超过设定阈值，则进行自动报警；

（4）、末端执行器上装有的电子指南针、超声波测距传感器，摄像头以及伺服电机上装有的光电编码器所监测的信息反馈到主控工控机上，主控工控机对接收到的信号进行分析处理，完成人机交互功能和柔索并联机器人力学计算，控制系统解算，获得控制指令，控制指令通过通信接口传送给单片机；单片机对接受的各类控制指令进行综合分析，计算出控制信号，对伺服电机进行控制，从而实现末端执行器的自动定位和避障，防止与工作的人或机器发生碰撞；

（5）、若有堆垛起火，便会触发烟雾报警器通知此系统的维护操作人员，操作人员通过摄像头传回的信息，确定着火堆垛在仓库中的位置编号并将位置编号输入工控机，则工控机发出具体控制指令使末端执行器运动到此堆垛正上方，释放柔索，边框在自身重力的带动下随着柔索向下释放，当装在末端边框上的限位开关触碰到地面，柔索则停止下放，防火布完全罩住堆垛，达到灭火目的；

（6）系统按照步骤（1）至（5）循环工作，实时监测仓库内的温度情况直到操作人员关闭该系统。

本发明包括有分布于仓库顶部两端的工字形导轨8，每端分别有两根导轨，滑动导轨上安装有两个基座2，如图4所示，基座2上分别安装有两个伺服电机5，两个伺服电机通过斜齿轮6与两个卷扬机7相连，两个卷扬机分别绕有柔索10，另一端同时连上末端执行器1的一角。导杆的两端还分别装有一块铁板3，每块铁板上装有一个导向定滑轮4和两个导向孔9，用作拖动基座的柔索的导向，拖动基座的柔索的两端最终都连接固定在放置于地上的卷扬机11上，卷扬机11通过一对斜齿轮与伺服电机相连。

如图2所示，末端执行器由5个正方形边框组成，边框四角各打有柔索导向孔12，边框四边中心各打有柔索连接孔17，柔索通过柔索连接孔将5个边框连接起来并固定在柔索的各个节点，顶部边框13上设有横粱，用于安放传感器和固定防火布16，边框内侧衬有防火布。边框四角分别连有基座导出的柔索，用于带动边框运动，同时基座导出的另外四根柔索分别通过边框四角的柔索导向孔与末端边框14相连，用于控制边框的缩放。所述末端执行器在温度监测状态时，控制边框伸缩的柔索张紧，5个边框贴合；所述末端执行器在灭火状态时，控制边框伸缩的柔索释放，同时边框带动防火布16往下运动，最终包裹住着火的堆垛23，达到紧急灭火的作用。

如图3所示，卷扬机11为改进过的卷扬机11，其在两个端面开有沟槽15，同时固定柔索的两端，这样能有效地防止柔索打滑，达到精确控制基座位置的目的。

柔索并联机器人控制系统包括带通信接口的主控工控机、8块带通讯模块的单片机、人机交互界面、反馈模块，所述人机交互界面接入主控工控机，主控工控机与单片机通讯连接，各个伺服电机驱动器、比例放大器的输入端分别通过CAN总线接入单片机，所述反馈控制模块包括多组一一对应安装在伺服电机上的光电编码器，多组一一对应安装在基座侧端和正方形边框上的限位开关，共同安装在末端执行器上的无线传输模块、数字湿度传感器21，数字温度传感器19、温度成像传感器22、电子指南针、超声波测距传感器，摄像头20，安装在仓库顶部的烟雾报警器，所述光电编码器，限位开关分别接入单片机的反馈输入端，所述数字温度传感器19、温度成像传感器22、数字湿度传感器21电子指南针、超声波测距传感器，烟雾报警器通过无线传输模块与主控工控机连接。

Claims (4)

1.用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，其特征在于：包括分布于仓库顶部两侧的导轨装置，每侧的导轨装置分别由两个相互平行并呈上下排列的导轨构成，每侧的两个导轨上共同滑动安装有两个基座，每个基座上分别安装有两个伺服电机和两个卷扬机，每个基座上伺服电机一一对应与卷扬机传动连接，每个卷扬机上分别绕有柔索，每个基座上其中一个卷扬机的柔索作为连接柔索，每个基座上另一个卷扬机的柔索作为伸缩柔索，每侧的两个导轨两端分别安装有铁板，每个铁板上分别转动安装有导向定滑轮，每个铁板上还分别设有两个导向孔；

每侧的两个导轨两端的下方的地面上分别设有由伺服电机驱动的卷扬机，卷扬机上分别缠绕有一根拖动柔索，拖动柔索的一端固定在卷扬机一侧面的沟槽中，另一端倾斜向上从对应侧的两个导轨上对应铁板的导向孔穿过后，平行导轨延伸至另一端对应铁板并使索身绕过该铁板的定滑轮后，再平行导轨穿过导轨上对应基座并往回延伸至第一次穿过的铁板上，并使索身穿过该铁板上的另一个导向孔，倾斜向下，使索端固定在卷扬机的另一侧面的沟槽中，构成一个回路，由卷扬机一一对应通过拖动柔索带动基座沿导轨滑动；

仓库内顶部还设有位于两侧导轨装置之间的末端执行器，末端执行器由多个水平的正方形边框构成，多个边框从上至下依次等间距叠放形成框架结构，框架结构的四角分别朝向四个基座，每个边框四角分别设有柔索导向孔，每个边框四边中心分别设有柔索连接孔，多个边框对应边中心的柔索连接孔之间穿过有柔索，且每个边框每边中心的柔索连接孔分别与穿过的柔索等间距固定连接，每个基座上导出的连接柔索分别从框架结构位置对应的角的柔索导向孔穿过，且连接柔索与各个边框对应角的柔索导向孔固定连接，由基座通过连接柔索带动多个边框构成的框架结构整体运动；每个基座上导出的伸缩柔索分别从框架结构位置对应的角的柔索导向孔穿过，且伸缩柔索仅与最下端的边框对应角的柔索导向孔固定连接，由伸缩柔索带动多个边框整体在竖直方向伸缩；多个边框构成的框架结构中，四侧侧壁和顶部分别衬设有防火布。

2.根据权利要求1用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，其特征在于：每侧两个导轨两端下方地面上的卷扬机中，卷扬机两端端面分别设有沟槽，每个卷扬机上的拖动柔索两端一一对应连接在沟槽中。

3.根据权利要求1用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人，其特征在于：多个边框构成的框架结构中，最上端的边框顶部设有无线传输模块、数字湿度传感器、数字温度传感器、温度成像传感器、电子指南针、超声波测距传感器、摄像头，各个伺服电机上分别安装有光电编码器，每个基座端部、最下端边框底部还分别设有限位开关；由光电编码器、限位开关，以及安装在仓库内顶部的烟雾报警器构成反馈模块；

还包括主控工控机、单片机、人机交互界面，其中人机交互界面接入主控工控机，主控工控机与单片机通讯连接，各个伺服电机的驱动器、比例放大器的输入端分别通过CAN总线接入单片机，所述反馈模块接入单片机的反馈输入端，所述数字湿度传感器、数字温度传感器、温度成像传感器、电子指南针、超声波测距传感器、摄像头通过无线传输模块接入主控工控机。

4.用于大型仓库的绳驱动火情预警与灭火机器人的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、进行系统的初始化，检测各个模块之间网络通讯状态是否良好，各个基座在柔索的带动下自动回零，由限位开关确定各个基座的初始位置，同时人工输入末端执行器的初始位置坐标；

（2）、开启各个传感器单元，检测安装在柔索并联机器人上各传感器 输入和反馈各类信号的实时状态，生成能实际运行的现场轨迹路线，末端执行器的轨迹运行路线，仓库温湿度的检测数据曲线和历史温湿度数据统计曲线在人机交互式界面上实时更新和显示，便于监控和调试；

（3）、柔索开始拖动基座和末端执行器按规划好的路线在仓库内循环监测监控温湿度，数字温度传感器、数字湿度传感器，温度成像传感器所监测的信息反馈到主控工控机上，主控工控机对接收到的信号进行分析处理生成温湿度曲线，并于相同季节的历史温湿度曲线进行比较，若超过设定阈值，则进行自动报警；

（4）、末端执行器上装有的电子指南针、超声波测距传感器，摄像头以及伺服电机上装有的光电编码器所监测的信息反馈到主控工控机上，主控工控机对接收到的信号进行分析处理，完成人机交互功能和柔索并联机器人力学计算，控制系统解算，获得控制指令，控制指令通过通信接口传送给单片机；单片机对接受的各类控制指令进行综合分析，计算出控制信号，对伺服电机进行控制，从而实现末端执行器的自动定位和避障，防止与工作的人或机器发生碰撞；

（5）、若有堆垛起火，便会触发烟雾报警器通知此系统的维护操作人员，操作人员通过摄像头传回的信息，确定着火堆垛在仓库中的位置编号并将位置编号输入工控机，则工控机发出具体控制指令使末端执行器运动到此堆垛正上方，释放柔索，边框在自身重力的带动下随着柔索向下释放，当装在末端边框上的限位开关触碰到地面，柔索则停止下放，防火布完全罩住堆垛，达到灭火目的；

（6）系统按照步骤（1）至（5）循环工作，实时监测仓库内的温度情况直到操作人员关闭该系统。