CN113244552A - 一种消防灭火机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消防灭火机器人及其控制方法，涉及机器人领域，包括：多个火焰检测模块，用于全方位检测外部环境中的火源，并在检测到火源时输出火焰检测数据；控制模块，分别连接各火焰检测模块、温度检测模块、移动模块和灭火模块，控制模块包括：第一控制单元，用于控制移动模块根据一预设路线移动，在移动过程中接收到火焰检测数据时，控制移动模块朝向火源的火源方向进行移动，并在距离火源一第一距离时停止移动；第二控制单元，连接第一控制单元，用于在移动模块停止移动后，控制温度检测模块采集火源的实时温度，并根据实时温度控制灭火模块对火源进行灭火。本技术方案中实现了消防灭火机器人全自动灭火。

Description

一种消防灭火机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种消防灭火机器人及其控制方法。

背景技术

随着社会经济的迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有相应的设备贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡。

各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。

此类灾害具有突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难等特点，已成顽疾。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。现场指挥人员可以根据其反馈结果，及时对灾情作出科学判断，并对灾害事故现场工作作出正确、合理的决策。

消防机器人是特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。

但是现有的技术方案中，消防灭火机器人需要通过外部控制终端进行控制，从而进行移动与灭火，尚未能实现识别火源并移动至火源处，进行灭火的全自动控制。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种消防灭火机器人，包括：

多个火焰检测模块，呈放射状固定分布于一机器人本体的上端，用于全方位检测外部环境中的火源，并在检测到所述火源时输出一火焰检测数据；

一温度检测模块，固定设置在所述机器人本体上；

一移动模块，固定设置在所述机器人本体的下端；

一灭火模块，固定设置在所述机器人本体上；

一控制模块，固定设置在所述机器人本体的内部，且分别连接各所述火焰检测模块、所述温度检测模块、所述移动模块和所述灭火模块，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于控制所述移动模块根据一预设路线移动，在移动过程中接收到所述火焰检测数据时，控制所述移动模块朝向所述火源的火源方向进行移动，并在距离所述火源一第一距离时停止移动；

第二控制单元，连接所述第一控制单元，用于在所述移动模块停止移动后，控制所述温度检测模块采集所述火源的实时温度，并根据所述实时温度控制所述灭火模块对所述火源进行灭火。

优选的，所述第一控制单元包括：

一第一分析子单元，用于对所述火焰检测数据进行分析，得到所述火源的所述火源方向和一火源距离；

一第一控制子单元，连接所述第一分析子单元，用于根据所述火源方向和所述火源距离控制所述移动模块朝向所述火源的火源方向进行移动，并在距离所述火源第一距离时停止移动。

优选的，还包括一报警模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，所述控制模块还包括：

一第一分析单元，用于在移动过程中，对实时获取的一气体检测数据进行处理得到一危险气体浓度，并在所述危险气体浓度大于一第一阈值时输出一报警指令；和/或

一第二分析单元，用于在移动过程中，对实时获取的一辐射检测数据进行处理得到一实时辐射值，并在所述实时辐射值大于一第二阈值时输出所述报警指令；

所述报警模块根据所述报警指令进行报警。

优选的，还包括一气体检测模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，用于检测所述外部环境中的气体成分，得到所述气体检测数据并发送至所述控制模块。

优选的，还包括一辐射检测模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，用于检测所述外部环境中的辐射值，得到所述辐射检测数据并发送至所述控制模块。

优选的，所述控制模块还包括一第三分析单元，用于在移动过程中，对实时检测到的一障碍检测数据进行处理，得到一障碍分析结果，并在所述障碍检测数据表明存在障碍时控制所述移动模块向侧边转动一预设角度后向前移动。

优选的，还包括一障碍检测模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，用于对所述机器人本体前方一第二距离处进行实时障碍检测，得到所述障碍检测数据并发送至所述控制模块。

优选的，所述第二控制单元包括一比较子单元，用于所述实时温度与一第三阈值进行比较，并在所述实时温度大于所述第三阈值时，生成一灭火指令，所述灭火模块根据所述灭火指令对所述火源进行灭火。

优选的，所述报警模块为声光报警装置。

步骤S1，所述消防灭火机器人全方位检测外部环境中的火源，并在检测到所述火源时输出一火焰检测数据；

步骤S2，所述消防灭火机器人根据一预设路线移动，在移动过程中接收到所述火焰检测数据时，朝向所述火源的火源方向进行移动，并在距离所述火源一第一距离时停止移动；

步骤S3,所述消防灭火机器人在停止移动后，采集所述火源的实时温度，并根据所述实时温度对所述火源进行灭火。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本技术方案中的消防灭火机器人能够实现自动检测火源并自动朝向火源移动，并在距离火源第一距离时对火源进行灭火；在移动过程中，遇到障碍还能转向以躲避障碍，实现了消防机器人的全自动控制。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，消防灭火机器人的结构原理图；

图2为本发明的较佳的实施例中，消防灭火机器人的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种消防灭火机器人，如图1所示，包括:

多个火焰检测模块1，呈放射状固定分布于一机器人本体的上端，用于全方位检测外部环境中的火源，并在检测到火源时输出一火焰检测数据；

一温度检测模块2，固定设置在机器人本体上；

一移动模块3，固定设置在机器人本体的下端；

一灭火模块4，固定设置在机器人本体上；

一控制模块5，固定设置在机器人本体的内部，且分别连接各火焰检测模块1、温度检测模块2、移动模块3和灭火模块4，控制模块5包括：

第一控制单元51，用于控制移动模块3根据一预设路线移动，在移动过程中接收到火焰检测数据时，控制移动模块3朝向火源的火源方向进行移动，并在距离火源一第一距离时停止移动；

第二控制单元52，连接第一控制单元51，用于在移动模块3停止移动后，控制温度检测模块2采集火源的实时温度，并根据实时温度控制灭火模块4对火源进行灭火。

具体地，本实施例中，火焰检测模块1可以为远红外火焰传感器。该远红外火焰传感器能够探测到波长在700纳米～1000纳米范围内的红外光，同时该远红外火焰传感器的探测角度为120°，其中红外光的波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。远红外火焰传感器的探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器转化为0～255范围内火焰检测数据反馈至控制模块5。其中，外界红外光越强，火焰检测数据越小；红外光越弱，火焰检测数据越大。

进一步地，本实施例中，在机器人本体上固定分布有三个远红外火焰传感器。由于每个远红外火焰传感器的探测角度为120°，当三个远红外火焰传感器呈放射状分布于机器人本体上时，能够实现对外部环境中火焰的360°全方位检测。其中，远红外火焰传感器检测得到的火焰检测数据中包括火源方向和火源距离。

进一步地，控制模块5可以为Arduino MEGA2560控制板。

控制模块5内预先设置有一控制程序，控制程序内预先录入了一预设路线。该预设路线可以根据不用的应用场景进行修改后重新录入。控制程序生成第一移动指令，并发送至移动模块3。移动模块3在接收到第一移动指令后按照预设路线进行移动，在该预设路线上进行巡逻。

控制模块5在接收到红外检测数据后对火焰检测数据进行分析，并根据分析结果生成第二移动指令并发送至移动模块3。其中，移动模块3可以包括一电机取电板，两个驱动电机和移动组件。

进一步地，移动组件包括：

多个从动轮和包裹多个从动轮的两条履带。

进一步地，该消防灭火机器人可以为履带式机器人。

进一步地，移动模块3向火源方向进行移动，并在采集到的火焰检测数据中的火源距离与预设的第一距离一致时，停止移动。此时温度检测模块2开始采集火源的实时温度。并在火源的实时温度大于第三阈值时，控制模块5控制灭火模块4对火源进行灭火。

进一步地，灭火模块4可以为电动喷雾器。

本技术方案中的消防灭火机器人能够实现自动检测火源并自动朝向火源移动，并在距离火源第一距离时对火源进行灭火，实现了消防机器人的全自动控制。

本发明的较佳的实施例中，第一控制单元51包括：

一第一分析子单元511，用于对火焰检测数据进行分析，得到火源的火源方向和一火源距离；

一第一控制子单元512，连接第一分析子单元511，用于根据火源方向和火源距离控制移动模块3朝向火源的火源方向进行移动，并在距离火源第一距离时停止移动。

本发明的较佳的实施例中，还包括一报警模块6，固定设置在机器人本体上，并连接控制模块5，控制模块5还包括：

一第一分析单元53，用于在移动过程中，对实时获取的一气体检测数据进行处理得到一危险气体浓度，并在危险气体浓度大于一第一阈值时输出一报警指令；和/或

一第二分析单元54，用于在移动过程中，对实时获取的一辐射检测数据进行处理得到一实时辐射值，并在实时辐射值大于一第二阈值时输出报警指令；

报警模块6根据报警指令进行报警。

具体地，本实施例中，第一分析单元53从气体检测数据中提取得到危险气体浓度，并将危险气体浓度于第一阈值进行对比，在危险气体浓度大于第一阈值时输出报警指令，使得报警模块6进行报警，避免危险气体浓度过高，提升了本技术方案的安全性。

进一步地，第二分析单元54从辐射检测数据中处理得到实时辐射值，并将实时辐射值和第二阈值进行对比，并在实时辐射值大于第二阈值时输出输出报警指令，使得报警模块6进行报警，能够避免辐射过高，进一步提升了本技术方案的安全性。

本发明的较佳的实施例中，还包括一气体检测模块7，固定设置在机器人本体上，并连接控制模块5，用于检测外部环境中的气体成分，得到气体检测数据并发送至控制模块5。

具体地，本实施例中，通过设置气体检测模块7，使得消防灭火机器人可以在一些具有对人体有害气体的环境中进行巡逻灭火，避免了人工灭火时对人体造成的损害，有效提升了本技术方案的应用范围。

本发明的较佳的实施例中，还包括一辐射检测模块8，固定设置在机器人本体上，并连接控制模块5，用于检测外部环境中的辐射值，得到辐射检测数据并发送至控制模块5。

具体地，本实施例中，通过设置辐射检测模块8，使得消防灭火机器人可以在辐射较高的环境中进行巡逻灭火，避免了人工灭火时对人体造成的损害，有效提升了本技术方案的应用范围。

本发明的较佳的实施例中,报警模块6可以为声光报警装置。

本发明的较佳的实施例中,控制模块5还包括一第三分析单元15，用于在移动过程中，对实时检测到的一障碍检测数据进行处理，得到一障碍分析结果，并在障碍检测数据表明存在障碍时控制移动模块3向侧边转动一预设角度后向前移动。

本发明的较佳的实施例中,还包括一障碍检测模块9，固定设置在机器人本体上，并连接控制模块5，用于对机器人本体前方一第二距离处进行实时障碍检测，得到障碍检测数据并发送至控制模块5。

具体地，本实施例中，障碍检测模块9可以为超声波传感器，用于对机器人本体正前方第一距离处进行障碍检测。当障碍检测数据表明存在障碍时第三分析单元15生成一第三移动指令并发送至移动模块3。移动模块3根据第三移动指令向左侧或者右侧转动预设角度后向前移动，实现自动躲避障碍。

本发明的较佳的实施例中,第二控制单元52包括一比较子单元521，用于实时温度与一第三阈值进行比较，并在实时温度大于第三阈值时，生成一灭火指令，灭火模块4根据灭火指令对火源进行灭火。

具体地，本实施例中，通过比较子单元521将检测到的实时温度与第三阈值进行对比，并在实时温度大于第三阈值时，生成灭火指令控制灭火模块4对火源进行灭火，实现了自动化灭火。

一种消防灭火机器人的控制方法，如图2所示，应用于上述的消防灭火机器人，包括：

步骤S1，消防灭火机器人全方位检测外部环境中的火源，并在检测到火源时输出一火焰检测数据；

步骤S2，消防灭火机器人根据一预设路线移动，在移动过程中接收到火焰检测数据时，朝向火源的火源方向进行移动，并在距离火源一第一距离时停止移动；

步骤S3，消防灭火机器人在停止移动后，采集火源的实时温度，并根据实时温度对火源进行灭火。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种消防灭火机器人，其特征在于，包括：

多个火焰检测模块，呈放射状固定分布于一机器人本体的上端，用于全方位检测外部环境中的火源，并在检测到所述火源时输出一火焰检测数据；

一温度检测模块，固定设置在所述机器人本体上；

一移动模块，固定设置在所述机器人本体的下端；

一灭火模块，固定设置在所述机器人本体上；

一控制模块，固定设置在所述机器人本体的内部，且分别连接各所述火焰检测模块、所述温度检测模块、所述移动模块和所述灭火模块，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于控制所述移动模块根据一预设路线移动，在移动过程中接收到所述火焰检测数据时，控制所述移动模块朝向所述火源的火源方向进行移动，并在距离所述火源一第一距离时停止移动；

第二控制单元，连接所述第一控制单元，用于在所述移动模块停止移动后，控制所述温度检测模块采集所述火源的实时温度，并根据所述实时温度控制所述灭火模块对所述火源进行灭火。

2.根据权利要求1所述的消防灭火机器人，其特征在于，所述第一控制单元包括：

一第一分析子单元，用于对所述火焰检测数据进行分析，得到所述火源的所述火源方向和一火源距离；

一第一控制子单元，连接所述第一分析子单元，用于根据所述火源方向和所述火源距离控制所述移动模块朝向所述火源的火源方向进行移动，并在距离所述火源第一距离时停止移动。

3.根据权利要求1所述的消防灭火机器人，其特征在于，还包括一报警模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，所述控制模块还包括：

一第一分析单元，用于在移动过程中，对实时获取的一气体检测数据进行处理得到一危险气体浓度，并在所述危险气体浓度大于一第一阈值时输出一报警指令；和/或

一第二分析单元，用于在移动过程中，对实时获取的一辐射检测数据进行处理得到一实时辐射值，并在所述实时辐射值大于一第二阈值时输出所述报警指令；

所述报警模块根据所述报警指令进行报警。

4.根据权利要求3所述的消防灭火机器人，其特征在于，还包括一气体检测模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，用于检测所述外部环境中的气体成分，得到所述气体检测数据并发送至所述控制模块。

5.根据权利要求3所述的消防灭火机器人，其特征在于，还包括一辐射检测模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，用于检测所述外部环境中的辐射值，得到所述辐射检测数据并发送至所述控制模块。

6.根据权利要求1所述的消防灭火机器人，其特征在于，所述控制模块还包括一第三分析单元，用于在移动过程中，对实时检测到的一障碍检测数据进行处理，得到一障碍分析结果，并在所述障碍检测数据表明存在障碍时控制所述移动模块向侧边转动一预设角度后向前移动。

7.根据权利要求6所述的消防灭火机器人，其特征在于，还包括一障碍检测模块，固定设置在所述机器人本体上，并连接所述控制模块，用于对所述机器人本体前方一第二距离处进行实时障碍检测，得到所述障碍检测数据并发送至所述控制模块。

8.根据权利要求1所述的消防灭火机器人，其特征在于，所述第二控制单元包括一比较子单元，用于所述实时温度与一第三阈值进行比较，并在所述实时温度大于所述第三阈值时，生成一灭火指令，所述灭火模块根据所述灭火指令对所述火源进行灭火。

9.根据权利要求3所述的消防灭火机器人，其特征在于，所述报警模块为声光报警装置。

10.一种消防灭火机器人的控制方法，应用于权利要求1-9中所述消防灭火机器人，其特征在于，包括：

步骤S1，所述消防灭火机器人全方位检测外部环境中的火源，并在检测到所述火源时输出一火焰检测数据；

步骤S2，所述消防灭火机器人根据一预设路线移动，在移动过程中接收到所述火焰检测数据时，朝向所述火源的火源方向进行移动，并在距离所述火源一第一距离时停止移动；

步骤S3,所述消防灭火机器人在停止移动后，采集所述火源的实时温度，并根据所述实时温度对所述火源进行灭火。

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