CN110787397A - 一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，包括绞盘装置、照明摄像头、自冷却喷淋系统、泡沫‑水两用消防炮台装置、上盖开合辅助弹簧、气体检测装置、内部散热口、电气控制箱、行走机构。所述的自冷却装置采用一种多点超声‑气力喷头，保证喷射距离；所述的泡沫‑水两用消防炮台装置能够实现多自由度快速响应精确定位；所述的行走机构采用轮履复合式结构，能适应多地形原地回转，车身采用栅栏结构装配式防火隔爆型结构。本发明提出的的全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，从技术上解决现阶段我国消防机器人环境适应能力差，整体稳定性不足，空间管控响应不及时等难题。

Description

一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人

技术领域

本发明涉及一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，属于消防机器人领域。

背景技术

随着我国工业水平的快速发展，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，如果机器设备及管理不善，极有可能导致化学油品、燃气、毒气泄漏、爆炸等灾害隐患。当爆炸、火灾等事故发生时，如果消防救援人员贸然进入事故现场，往往会造成不必要的人员伤亡。因此，研究一种能够代替消防救援人员进入易燃、易爆、有毒、浓烟、易坍塌建筑物等危险环境中执行任务的机器人，对于减少人员伤亡、保障消防人员人身安全具有重要现实意义和应用价值。面临极其危险和恶劣的救援环境，消防机器人可以代替和协助救助人员执行相关作业。消防机器人不仅能够用于城市救援、消防、公安、采矿和环保等领域，同时在国防、军事和星球探测等方面也有着良好的应用背景。消防机器人技术是国家发展迫切需要的战略必争的核心技术之一，将在国民安全中起着重要的作用和有着重大的战略意义。

但是，从国内外消防机器人的现状可以看出，仍存在以下问题：1）消防机器人防爆防高温能力差，导致机器人的稳定性不足；2）消防机器人本体结构优化设计不合理，地形适应能力差；3）炮台、炮管的控制精度不高，无法解决空间死角的问题；4）消防机器人的模块化设计整体协同程度不高；5）采用平面作业模式，无法对现场进行三维空间的全方位精确管控。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提出一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，从技术上解决现阶段我国消防机器人环境适应能力差，整体稳定性不足，空间管控响应不及时等难题。

本发明的目的是这样实现的，一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，包括机器人本体以及设置于机器人本体上的绞盘装置、照明摄像头、自冷却喷淋系统、泡沫-水两用消防炮台装置、行走机构，绞盘装置、照明摄像头、自冷却喷淋系统、泡沫-水两用消防炮台装置设置于机器人本体上部，行走机构，设置于机器人本体下部；

所述的自冷却喷淋系统采用一种多点超声-气力喷头，保证喷射距离，自冷却喷淋系统主要包括轴心加工有细小液体流道的喷杆、超声发生装置、喷头气嘴，喷头气嘴设置包围在喷杆端部构成喷头，喷杆中部设有盘状圆台结构的支撑装置，超声发生装置穿套在喷杆上，超声发生装置位于支撑装置远离喷头的一侧，采用紧固装置将超声发生装置压紧固定在支撑装置上，超声发生装置设有压电晶片、后座和导线，导线连接在压电晶片上，导线采用绝缘电线，导入压电晶片之后裸露部分用绝缘胶密封；所述后座一端与压电晶片接触，另一端与紧固装置接触，超声发生装置置于紧固装置、支撑装置之间，并压紧固定；

所述的泡沫-水两用消防炮台装置能够实现多自由度快速响应精确定位，泡沫-水两用消防炮台装置包括炮筒、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、炮身；

输水通道设置于炮身上，并穿过炮身；输水通道的一端贯通连接拖管连接孔，另一端贯通连接炮筒；所述开花直流电机一端与炮筒贯通，另一端与输水通道贯通；输水通道上设有俯仰调节电机、压力表，输水通道与炮身接触处还设有可调节输水通道水平旋转移动的水平调节电机；

所述机器人本体上还设有上盖开合辅助弹簧、气体检测装置、内部散热口、电气控制箱。

所述自冷却喷淋系统中，压电晶片设有压电陶瓷片、电极片，电极片采用金属银作为导电材料分别镀在压电陶瓷片的正反两面，通电后，电压短脉冲将通过导线作用在压电晶片两极 , 由于逆压效应，压电晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡。

所述超声发生装置中心部分设有与所述喷杆相适应的第一通孔，超声发生装置的压电晶片与后座及喷杆接触部分安装绝缘胶垫，喷杆的杆壁上对应压电晶片的部位均匀涂抹绝缘胶；

所述压电陶瓷片为平面圆盘式结构，压电陶瓷片和后座中心部分设有与所述喷杆相适应的第二通孔、第三通孔。

所述喷头气嘴与喷杆螺纹连接，喷头气嘴内侧接头处加工有细牙内螺纹，与喷杆上的细牙螺纹连接起到密封的作用；通过旋动喷头气嘴可以调节与中间喷杆的间隙。

所述喷头气嘴上设置有气量调节阀，气量调节阀采用电磁阀。

所述紧固装置包括固定螺母、弹簧垫片、垫片，喷杆上设有与固定螺母内螺纹相匹配的外螺纹，固定螺母旋于喷杆上固定螺母挤压弹簧垫片，弹簧垫片挤压垫片，垫片挤压超声发生装置，将超声发生装置压紧固定在支撑装置上。

所述行走机构采用轮履复合式结构，能适应多地形原地回转，车身采用栅栏结构装配式防火隔爆型结构。

本发明结构合理科学，通过本发明，提供一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，包括绞盘装置、照明摄像头、自冷却喷淋系统、泡沫-水两用消防炮台装置、上盖开合辅助弹簧、气体检测装置、内部散热口、电气控制箱、行走机构。所述的自冷却装置采用一种多点超声-气力喷头，保证喷射距离；所述的泡沫-水两用消防炮台装置能够实现多自由度快速响应精确定位；所述的行走机构采用轮履复合式结构，能适应多地形原地回转，车身采用栅栏结构装配式防火隔爆型结构。

进一步地，所述自冷却喷淋系统主要包括喷头、超声发生装置、绝缘橡胶垫、气量调节阀、紧固装置、喷头气嘴、中间喷杆、压电晶片、导线、后座、压电陶瓷片、电极片、垫片、弹簧垫片、固定螺母、绝缘橡胶。

进一步地，所述的泡沫-水两用消防炮台装置主要包括炮筒、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、炮身。

本发明的全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人采用轮履复合式多地形可原地回转型行走机构、栅栏结构装配式防火隔爆型车身结构、多自由度快速响应精确定位式泡沫-水两用消防炮台装置，增加机器人复杂路面行进能力和越障性能，保证消防灭火效率。

综上，本发明公开了一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，包括绞盘装置、照明摄像头、自冷却喷淋系统、泡沫-水两用消防炮台装置、上盖开合辅助弹簧、气体检测装置、内部散热口、电气控制箱、行走机构。所述的自冷却装置采用一种多点超声-气力喷头，保证喷射距离；所述的泡沫-水两用消防炮台装置能够实现多自由度快速响应精确定位；所述的行走机构采用轮履复合式结构，能适应多地形原地回转，车身采用栅栏结构装配式防火隔爆型结构。本发明提出的的全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，从技术上解决现阶段我国消防机器人环境适应能力差，整体稳定性不足，空间管控响应不及时等难题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明另一方向的结构示意图；

图3是本发明中自自冷却喷淋系统结构示意图；

图4是本发明中泡沫-水两用消防炮台装置结构示意图。

图5是本发明中泡沫-水两用消防炮台装置另一方向的结构示意图。

图中：1绞盘装置、2照明摄像头、3自冷却喷淋系统、3-1喷头、3-2超声发生装置、3-3绝缘橡胶垫、3-4气量调节阀、3-5紧固装置、3-6喷头气嘴、3-7喷杆、3-8压电晶片、3-9导线、3-10后座、3-11压电陶瓷片、3-12电极片、3-13垫片、3-14弹簧垫片、3-15固定螺母、3-16绝缘橡胶、4泡沫-水两用消防炮台装置、4-1炮筒、4-2开花直流电机、4-3压力表、4-4水平调节电机、4-5输水通道、4-6拖管连接孔、4-7俯仰调节电机、4-8炮身、5上盖开合辅助弹簧、6气体检测装置、7内部散热口、8电气控制箱、9行走机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，包括机器人本体以及设置于机器人本体上的绞盘装置1、照明摄像头2、自冷却喷淋系统3、泡沫-水两用消防炮台装置4、行走机构9，绞盘装置1、照明摄像头2、自冷却喷淋系统3、泡沫-水两用消防炮台装置4设置于机器人本体上部，行走机构9，设置于机器人本体下部；

所述的自冷却喷淋系统3采用一种多点超声-气力喷头，保证喷射距离，自冷却喷淋系统3主要包括轴心加工有细小液体流道的喷杆3-7、超声发生装置3-2、喷头气嘴3-6，喷头气嘴3-6设置包围在喷杆3-7端部构成喷头3-1，喷杆3-7中部设有盘状圆台结构的支撑装置，超声发生装置3-2穿套在喷杆3-7上，超声发生装置3-2位于支撑装置远离喷头3-1的一侧，采用紧固装置3-5将超声发生装置3-2压紧固定在支撑装置上，超声发生装置3-2设有压电晶片3-8、后座3-10和导线3-9，导线3-9连接在压电晶片3-8上，导线3-9采用绝缘电线，导入压电晶片3-8之后裸露部分用绝缘胶3-16密封；所述后座3-10一端与压电晶片3-8接触，另一端与紧固装置3-5接触，超声发生装置3-2置于紧固装置3-5、支撑装置之间，并压紧固定；

所述的泡沫-水两用消防炮台装置4能够实现多自由度快速响应精确定位，泡沫-水两用消防炮台装置4包括炮筒4-1、开花直流电机4-2、压力表4-3、水平调节电机4-4、输水通道4-5、拖管连接孔4-6、俯仰调节电机4-7、炮身4-8；

输水通道4-5设置于炮身4-8上，并穿过炮身4-8；输水通道4-5的一端贯通连接拖管连接孔4-6，另一端贯通连接炮筒4-1；所述开花直流电机4-2一端与炮筒4-1贯通，另一端与输水通道4-5贯通；输水通道4-5上设有俯仰调节电机4-7、压力表4-3，输水通道4-5与炮身4-8接触处还设有可调节输水通道4-5水平旋转移动的水平调节电机4-4；

所述机器人本体上还设有上盖开合辅助弹簧5、气体检测装置6、内部散热口7、电气控制箱8。

所述自冷却喷淋系统3中，压电晶片3-8设有压电陶瓷片3-11、电极片3-12，电极片3-12采用金属银作为导电材料分别镀在压电陶瓷片3-11的正反两面，通电后，电压短脉冲将通过导线3-9作用在压电晶片3-8两极 , 由于逆压效应，压电晶片3-8将发生弹性形变而产生弹性振荡。

所述超声发生装置3-2中心部分设有与所述喷杆3-7相适应的第一通孔，超声发生装置3-2的压电晶片3-8与后座3-10及喷杆3-7接触部分安装绝缘胶垫3-3，喷杆3-7的杆壁上对应压电晶片3-8的部位均匀涂抹绝缘胶3-16；

所述压电陶瓷片3-11为平面圆盘式结构，压电陶瓷片3-11和后座3-10中心部分设有与所述喷杆3-7相适应的第二通孔、第三通孔。

所述喷头气嘴3-6与喷杆3-7螺纹连接，喷头气嘴3-6内侧接头处加工有细牙内螺纹，与喷杆3-7上的细牙螺纹连接起到密封的作用；通过旋动喷头气嘴3-6可以调节与中间喷杆3-7的间隙。

所述喷头气嘴3-6上设置有气量调节阀3-4，气量调节阀3-4采用电磁阀，通过外接电路控制气量调节阀3-4的开度，调节外接供气装置的压强大小改变通入气体的压强，调整通气量。

所述紧固装置3-5包括固定螺母3-15、弹簧垫片3-14、垫片3-13，喷杆3-7上设有与固定螺母3-15内螺纹相匹配的外螺纹，固定螺母3-15旋于喷杆3-7上固定螺母3-15挤压弹簧垫片3-14，弹簧垫片3-14挤压垫片3-13，垫片3-13挤压超声发生装置3-2，将超声发生装置3-2压紧固定在支撑装置上。

所述行走机构9采用轮履复合式结构，能适应多地形原地回转，车身采用栅栏结构装配式防火隔爆型结构。

本发明中，辅助弹簧就是防止消防装置打不开的情况下用来顶开的装置，气体检测装置用来检测可燃气体的。内部散热口，就是在消防灭火的时候，温度升高，而用来散热的端口。电气控制箱就是当气体检测装置，检测到可燃气体时，用来实施操作的一个控制器。这些均为现有的装置。

本实施例中的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其主要技术指标如下：

1）最大纵向斜坡行驶角度≥32°；

2）横向斜坡行驶防倾覆≤42°；

3）跨沟宽度≥400mm；

4）越障高度≥275mm；

5）行走速度0.5-1.5m/s；

6）车身结构承受≥3.5×106pa冲击压力；

7）水炮射程≥55m；

8）炮管水平角度摆幅在-175°-175°，垂直角度摆幅在-30°-75°；

9）炮台精确定位0.2°-0.1°。

参照图1、2，本实施例提供的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，主要包括绞盘装置1、照明摄像头2、自冷却喷淋系统3、泡沫-水两用消防炮台装置4、上盖开合辅助弹簧5、气体检测装置6、内部散热口7、电气控制箱8、行走机构9。所述的自冷却装置3采用一种多点超声-气力喷头，保证喷射距离；所述的泡沫-水两用消防炮台装置4能够实现多自由度快速响应精确定位；所述的行走机构9采用轮履复合式结构，能适应多地形原地回转，车身采用栅栏结构装配式防火隔爆型结构。

参照图3，自冷却喷淋系统3主要包括喷头3-1、超声发生装置3-2、绝缘橡胶垫3-3、气量调节阀3-4、紧固装置3-5、喷头气嘴3-6、中间喷杆3-7、压电晶片3-8、导线3-9、后座3-10、压电陶瓷片3-11、电极片3-12、垫片3-13、弹簧垫片3-14、固定螺母3-15、绝缘橡胶3-16。

参照图3，泡沫-水两用消防炮台装置4主要包括炮筒4-1、开花直流电机4-2、压力表4-3、水平调节电机4-4、输水通道4-5、拖管连接孔4-6、俯仰调节电机4-7、炮身4-8。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，包括机器人本体以及设置于机器人本体上的绞盘装置（1）、照明摄像头（2）、自冷却喷淋系统（3）、泡沫-水两用消防炮台装置（4）、行走机构（9），绞盘装置（1）、照明摄像头（2）、自冷却喷淋系统（3）、泡沫-水两用消防炮台装置（4）设置于机器人本体上部，行走机构（9），设置于机器人本体下部；

所述的自冷却喷淋系统（3）采用一种多点超声-气力喷头，保证喷射距离，自冷却喷淋系统（3）主要包括轴心加工有细小液体流道的喷杆（3-7）、超声发生装置（3-2）、喷头气嘴（3-6），喷头气嘴（3-6）设置包围在喷杆（3-7）端部构成喷头（3-1），喷杆（3-7）中部设有盘状圆台结构的支撑装置，超声发生装置（3-2）穿套在喷杆（3-7）上，超声发生装置（3-2）位于支撑装置远离喷头（3-1）的一侧，采用紧固装置（3-5）将超声发生装置（3-2）压紧固定在支撑装置上，超声发生装置（3-2）设有压电晶片（3-8）、后座（3-10）和导线（3-9），导线（3-9）连接在压电晶片（3-8）上，导线（3-9）采用绝缘电线，导入压电晶片（3-8）之后裸露部分用绝缘胶（3-16）密封；所述后座（3-10）一端与压电晶片（3-8）接触，另一端与紧固装置（3-5）接触，超声发生装置（3-2）置于紧固装置（3-5）、支撑装置之间，并压紧固定；

所述的泡沫-水两用消防炮台装置（4）能够实现多自由度快速响应精确定位，泡沫-水两用消防炮台装置（4）包括炮筒（4-1）、开花直流电机（4-2）、压力表（4-3）、水平调节电机（4-4）、输水通道（4-5）、拖管连接孔（4-6）、俯仰调节电机（4-7）、炮身（4-8）；

输水通道（4-5）设置于炮身（4-8）上，并穿过炮身（4-8）；输水通道（4-5）的一端贯通连接拖管连接孔（4-6），另一端贯通连接炮筒（4-1）；所述开花直流电机（4-2）一端与炮筒（4-1）贯通，另一端与输水通道（4-5）贯通；输水通道（4-5）上设有俯仰调节电机（4-7）、压力表（4-3），输水通道（4-5）与炮身（4-8）接触处还设有可调节输水通道（4-5）水平旋转移动的水平调节电机（4-4）。

2.根据权利要求1所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述机器人本体上还设有上盖开合辅助弹簧（5）、气体检测装置（6）、内部散热口（7）、电气控制箱（8）。

3.根据权利要求1所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述自冷却喷淋系统（3）中，压电晶片（3-8）设有压电陶瓷片（3-11）、电极片（3-12），电极片（3-12）采用金属银作为导电材料分别镀在压电陶瓷片（3-11）的正反两面，通电后，电压短脉冲将通过导线（3-9）作用在压电晶片（3-8）两极 , 由于逆压效应，压电晶片（3-8）将发生弹性形变而产生弹性振荡。

4.根据权利要求3所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述超声发生装置（3-2）中心部分设有与所述喷杆（3-7）相适应的第一通孔，超声发生装置（3-2）的压电晶片（3-8）与后座（3-10）及喷杆（3-7）接触部分安装绝缘胶垫（3-3），喷杆（3-7）的杆壁上对应压电晶片（3-8）的部位均匀涂抹绝缘胶（3-16）。

5.根据权利要求4所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述压电陶瓷片（3-11）为平面圆盘式结构，压电陶瓷片（3-11）和后座（3-10）中心部分设有与所述喷杆（3-7）相适应的第二通孔、第三通孔。

6.根据权利要求1所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述喷头气嘴（3-6）与喷杆（3-7）螺纹连接，喷头气嘴（3-6）内侧接头处加工有细牙内螺纹，与喷杆（3-7）上的细牙螺纹连接起到密封的作用；通过旋动喷头气嘴（3-6）可以调节与中间喷杆（3-7）的间隙。

7.根据权利要求1所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述喷头气嘴（3-6）上设置有气量调节阀（3-4），气量调节阀（3-4）采用电磁阀。

8.根据权利要求1所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述紧固装置（3-5）包括固定螺母（3-15）、弹簧垫片（3-14）、垫片（3-13），喷杆（3-7）上设有与固定螺母（3-15）内螺纹相匹配的外螺纹，固定螺母（3-15）旋于喷杆（3-7）上固定螺母（3-15）挤压弹簧垫片（3-14），弹簧垫片（3-14）挤压垫片（3-13），垫片（3-13）挤压超声发生装置（3-2），将超声发生装置（3-2）压紧固定在支撑装置上。

9.根据权利要求1所述的一种全方位空间一体化多地形防火隔爆型智能消防机器人，其特征在于，所述行走机构（9）采用轮履复合式结构，能适应多地形原地回转，车身采用栅栏结构装配式防火隔爆型结构。

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