CN113577617A - 一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，包括移动机构、灭火底座、灭火瓶组件、控制阀门组件、灭火机械臂、灭火气管和主控模块；所述移动机构设置于所述灭火底座的顶端，所述灭火机械臂设置于所述灭火底座的底端；所述灭火瓶组件设置于所述灭火底座的内部；所述主控模块分别与所述移动机构、控制阀门组件和灭火机械臂通信连接；所述灭火瓶组件通过气瓶输出管与所述控制阀门组件的输入端连接，所述控制阀门组件的输出端与所述灭火气管；所述灭火气管沿着所述灭火机械臂设置，所述灭火机械臂的输出端设置有火源检测组件；本发明能在隧道内快速移动，通过灭火机械臂对火源进行精确的探测和定位并对准火源喷射灭火剂，有效提高灭火的效率。

Description

一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人

技术领域

本发明涉及灭火机器人的技术领域，特别是一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人。

背景技术

随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下顶管隧道的需求量也在逐年增加。同时地下顶管隧道能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。在地下顶管隧道放置电缆可以有效的避开台风、冰雹、冰雪等恶劣情况对电缆的破坏，而且地下顶管隧道不受地形限制。

而且地下顶管隧道会因为环境干燥、电缆短路、电缆拼接处发热等情况很容易发生火灾，排布在地下的顶管隧道最短有600米，最长有1100米的长度，如果察觉到火情后电力人员才赶过去也需要花费不少时间，火情容易蔓延，从而造成较大的经济损失，当火情较大时人为灭火有一定的危险性；目前市面缺少专门用于地下顶管隧道的灭火机器人，市面上的灭火机器人基本上是地面上行走移动的，直接应用在隧道中不仅需要占据空间，在隧道内昏暗的环境移动不方便，且地面容易有杂物阻碍灭火机器人移动，且从地面灭火的灭火效率较低，不利于及时扑灭火源。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，解决移动不便且灭火效率低的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，包括移动机构、灭火底座、灭火瓶组件、控制阀门组件、灭火机械臂、灭火气管和主控模块；

所述移动机构设置于所述灭火底座的顶端，所述灭火机械臂设置于所述灭火底座的底端；所述灭火瓶组件设置于所述灭火底座的内部；

所述主控模块分别与所述移动机构、控制阀门组件和灭火机械臂通信连接；

所述灭火瓶组件通过气瓶输出管与所述控制阀门组件的输入端连接，所述控制阀门组件的输出端与所述灭火气管；

所述灭火气管沿着所述灭火机械臂设置，并延伸至所述灭火机械臂的输出端；

所述灭火机械臂的输出端设置有火源检测组件，用于对火源进行探测和定位。

优选的，所述火源检测组件包括红紫外复合火焰勘测镜头和实景摄像头；

所述实景摄像头设置于所述灭火机械臂的输出端，所述红紫外复合火焰勘测镜头设置于所述实景摄像头。

优选的，所述灭火瓶组件包括干粉气瓶和惰性气瓶，所述干粉气瓶和惰性气瓶分别设置于所述灭火底座的内部的两端；

所述气瓶输出管包括干粉气管和惰性气管，所述干粉气瓶的输出端通过所述干粉气管与所述控制阀门组件连接；

所述惰性气瓶通过所述惰性气管与所述控制阀门组件连接；所述干粉气管和惰性气管上分别设置有流量控制阀。

优选的，所述干粉气瓶和惰性气瓶之间设置有中部固定块，所述干粉气瓶与所述灭火底座之间以及所述惰性气瓶与所述灭火底座之间分别设置有侧面固定块，所述中部固定块和侧面固定块均采用减震海绵制备。

优选的，所述干粉气瓶和所述惰性气瓶之间以及所述灭火底座的两侧内壁分别设置有卡扣凸起，所述中部固定块和两个所述侧面固定块分别与对应的卡扣凸起卡扣连接。

优选的，还包括后置气管，所述灭火气管设置于所述灭火机械臂的前侧，所述后置气管设置于所述灭火机械臂的后侧，所述后置气管通过所述控制阀门组件与所述惰性气瓶连接，所述后置气管朝所述灭火机械臂的后侧设置有喷气口。

优选的，所述控制阀门组件包括四个气动电磁阀、分流阀和汇流管；

四个所述气动电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀；

所述干粉气管与第一电磁阀；

所述惰性气管通过所述分流阀分别与第二电磁阀和第四电磁阀连接，所述第四电磁阀的输出端与所述后置气管连接；

所述第二电磁阀的输出端和第一电磁阀的输出端均与汇流管连接，所述汇流管连接至所述第三电磁阀，所述第三电磁阀的输出端与所述灭火气管连接。

优选的，所述移动机构包括至少两个移动轮，且所述移动轮内设置有轮毂电机进行驱动。

优选的，所述灭火机械臂采用四轴机械臂，且所述四轴机械臂的四个转动轴均设置有转动自锁。

优选的，所述灭火机械臂上设置有多个温度传感器，用于对周围的温度进行检测。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

灭火机器人自动化程度高，灭火机器人通过移动机构能够在隧道顶部快速移动到火灾现场，并对火源进行精确的探测和定位，通过灭火机械臂将灭火气管对准火源，能有效提高灭火的效率，避免火情的蔓延。

附图说明

图1是本发明中一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明中一个实施例的灭火瓶组件安装示意图；

图3是本发明中一个实施例的灭火底座内部结构的具体示意图；

图4是本发明中一个实施例的控制阀门组件的具体示意图；

图5是本发明中一个实施例的后置气管的具体示意图。

其中：移动机构1、移动轮11、灭火底座2、卡扣凸起21、灭火瓶组件3、气瓶输出管30、干粉气管301、惰性气管302、流量控制阀303、干粉气瓶31、惰性气瓶32、中部固定块33、侧面固定块34、控制阀门组件4、第一电磁阀41、第二电磁阀42、第三电磁阀43、第四电磁阀44、分流阀45、汇流管46、灭火机械臂5、温度传感器51、灭火气管6、主控模块7、火源检测组件8、红紫外复合火焰勘测镜头81、实景摄像头82、后置气管9、喷气口91。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图5描述本发明实施例的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，包括移动机构1、灭火底座2、灭火瓶组件3、控制阀门组件4、灭火机械臂5、灭火气管6和主控模块7；

所述移动机构1设置于所述灭火底座2的顶端，所述灭火机械臂5设置于所述灭火底座2的底端；所述灭火瓶组件3设置于所述灭火底座2的内部；

所述主控模块7分别与所述移动机构1、控制阀门组件4和灭火机械臂5通信连接；

所述灭火瓶组件3通过气瓶输出管30与所述控制阀门组件4的输入端连接，所述控制阀门组件4的输出端与所述灭火气管6；

所述灭火气管6沿着所述灭火机械臂5设置，并延伸至所述灭火机械臂5的输出端；

所述灭火机械臂5的输出端设置有火源检测组件8，用于对火源进行探测和定位。

具体的，在本实施例中，灭火机器人倒挂安装在隧道的顶部，隧道顶部安装在轨道，将灭火机器人的移动机构1安装在轨道上，从而实现灭火机器人沿着轨道的移动，当隧道内有火情的时候，主控模块7接收到火情信息，控制移动机构1启动并将灭火机器人移动至着火点的上方，打开控制阀门组件4，灭火瓶组件3中的灭火剂经过气瓶输出管30后从灭火气管6喷出，同时通过火源检测组件8对火源进行探测和定位，确定了火源的位置后，通过主控模块7控制调节灭火机械臂5的输出端的角度对准火源，灭火机械臂5的输出端设置有灭火喷嘴，且灭火喷嘴与灭火气管6的输出端连接，通过灭火喷嘴对准火源，灭火气管6内喷出灭火剂对火源进行精准的扑灭，自动化程度高，灭火机器人通过在隧道顶部可以快速移动到火灾现场，并通过对火源进行精确的探测和定位，有效提高灭火的效率，避免火情的蔓延；

另外，主控模块7设置有WiFi模块，可以与外部的监控设备等进行通信，灭火机器人包括自动模式和手动模式，灭火机器人可以在接收到火情信息后根据程序自动运作对火灾现场进行灭火处理，同时还可以通过监控设备发送控制信号至WiFi模块，WiFi模块则转化信号至主控模块7，从而对灭火机器人进行人工手动的操控；

灭火机器人的电源供给可以在底座内安装蓄电池进行供电，另外，还可以参照列车的供电方式，通过在隧道的轨道上设置有电导轨，实现轨道供电，使灭火机器人在任何时候都可以通过有电导轨获得电能。

进一步的是，所述火源检测组件8包括红紫外复合火焰勘测镜头81和实景摄像头82；所述实景摄像头82设置于所述灭火机械臂5的输出端，所述红紫外复合火焰勘测镜头81设置于所述实景摄像头82。具体的，在本实施例中，实景摄像头82设置于灭火机械臂5的输出端，灭火机械臂5在转动运动中，实景摄像头82可以对现场火情的实际情况进行录像或拍摄，同时将采集的现场图像发送至主控模块7进行分析，从而分析得到火情的等级和火源的具体位置，根据不同的火情等级可以通过控制阀门组件4控制灭火剂喷出的流量，实现调节每个等级所合适的流量，节省喷火剂的使用避免浪费；还可以将现场录像或图像发送至外部的监控设备，工作人员可以实时了解隧道内实际的火灾情况；同时也方便工作人员手动对灭火机器人进控制时，可以掌握现场的火情信息；另外本实施例设置有所述红紫外复合火焰勘测镜头81，主要用于对火焰进行检测，可以检测火源的高温点，能检测到周围温度，当出现电缆发热情况也可以快速捕捉到，结合实景摄像头82可以提高对火源定位的精度，使得灭火剂对准最高温度点进行喷射，提高扑灭火源的效率。

进一步的是，所述灭火瓶组件3包括干粉气瓶31和惰性气瓶32，所述干粉气瓶31和惰性气瓶32分别设置于所述灭火底座2的内部的两端；

所述气瓶输出管30包括干粉气管301和惰性气管302，所述干粉气瓶31的输出端通过所述干粉气管301与所述控制阀门组件4连接；

所述惰性气瓶32通过所述惰性气管302与所述控制阀门组件4连接；所述干粉气管301和惰性气管302上分别设置有流量控制阀303。

具体的，在本实施例中，干粉气瓶31的输出端通过干粉气管301与控制阀门组件4连接，惰性气瓶32通过惰性气管302与控制阀门组件4连接，干粉气瓶31内部填充了干粉，主要用于灭火和阻燃；惰性气瓶32内填充了惰性阻燃气体，控制阀门打开后，惰性气体就会在压力差的作用下先释放出来，通过惰性气瓶32释放的气体把干粉从干粉气瓶31中带出并混合，然后经过灭火气管6从灭火机械臂5的输出端的喷嘴喷出，从而对火情进行扑灭；另外，干粉气管301和惰性气管302上设置有流量控制阀303，本实施了采用电子流量控制阀303，可以控制干粉与惰性气体从干粉气瓶31和惰性气瓶32流出时的流量，从而控制灭火气管6喷出的灭火剂(惰性气瓶32中的气体和干粉气瓶31中的干粉混合)的流量。

进一步的是，所述干粉气瓶31和惰性气瓶32之间设置有中部固定块33，所述干粉气瓶31与所述灭火底座2之间以及所述惰性气瓶32与所述灭火底座2之间分别设置有侧面固定块34，所述中部固定块33和侧面固定块34均采用减震海绵制备。

具体的，在本实施例中，灭火底座2的一侧可拆卸设置有挡板，用于固定和阻挡干粉气瓶31、惰性气瓶32，防止气瓶向外滑出，采用的是滑轨式的闭合方式，底座两侧设有滑轨，将挡板放入滑轨，推进底部，然后通过插销固定即可，安装和拆卸简单快捷；当干粉气瓶31或惰性气瓶32过了保质期或者在灭火过程中被用完了，需要对气瓶进行更换时，电力人员先将挡板打开，然后将两边的固定块取出，在把干粉气瓶31或惰性气瓶32的连接气阀拧下来，即可将气瓶从灭火底座2内中取出，进行更换后，在将新的气瓶放入灭火底座2内，连接上气阀后，检查气压正常就可以重新放入固定块，固定块采用的是减震海绵，减震海绵有一定硬度，不仅可以对干粉气瓶31或惰性气瓶32进行固定，防止其滑落，还可以在干粉气瓶31与惰性气瓶32之间、干粉气瓶31与灭火底座2的内壁之间以及惰性气瓶32与灭火底座2的内壁之间起到减震的作用，有效保护气瓶和灭火底座2。

进一步的是，所述干粉气瓶31和所述惰性气瓶32之间以及所述灭火底座2的两侧内壁分别设置有卡扣凸起21，所述中部固定块33和两个所述侧面固定块34分别与对应的卡扣凸起21卡扣连接。

具体的，在本实施例中，放入固定块对干粉气瓶31和惰性气瓶32进行固定时，可以将固定块推入，直到中部固定块33和两个侧面固定块34分别与对应的卡扣凸起21卡扣连接，就可以将固定块的位置进行定位和固定，不仅起到固定块的定位作用，还可以防止固定块的滑动而导致干粉气瓶31和惰性气瓶32的滑动。

进一步的是，还包括后置气管9，所述灭火气管6设置于所述灭火机械臂5的前侧，所述后置气管9设置于所述灭火机械臂5的后侧，所述后置气管9通过所述控制阀门组件4与所述惰性气瓶32连接，所述后置气管9朝所述灭火机械臂5的后侧设置有喷气口91。

具体的，在灭火气管6喷射灭火剂时，会产生一定的反作用力，这个反作用力就是常说的后坐力，后坐力会影响灭火剂的喷射角度，导致灭火剂不能精确喷射到火源最高温的点处，因此在本实施例中，在灭火机械臂5与灭火气管6相对的一侧设置后置气管9，后置气管9与惰性气瓶32连接，惰性气瓶32中的气体从灭火气管6喷出的同时，气体也会流至后置气管9，并通过喷气口91朝与灭火气管6喷出方向相反的方向喷出，从而抵消灭火剂从灭火喷口喷出时产生的后坐力，保持机械臂的稳定，保证灭火剂喷出的角度的精确度。

进一步的是，所述控制阀门组件4包括四个气动电磁阀、分流阀45和汇流管46；四个所述气动电磁阀包括第一电磁阀41、第二电磁阀42、第三电磁阀43和第四电磁阀44；

所述干粉气管301与第一电磁阀41；

所述惰性气管302通过所述分流阀45分别与第二电磁阀42和第四电磁阀44连接，所述第四电磁阀44的输出端与所述后置气管9连接；

所述第二电磁阀42的输出端和第一电磁阀41的输出端均与汇流管46连接，所述汇流管46连接至所述第三电磁阀43，所述第三电磁阀43的输出端与所述灭火气管6连接。

具体的，在本实施例中，干粉气瓶31的干粉通过干粉气管301连通至第一电磁阀41，惰性气瓶32通过惰性气管302上的分流阀45分别连通至第二电磁阀42和第四电磁阀44，开启第一电磁阀41和第二电磁阀42，干粉通过第一电磁阀41，惰性气体通过第二电磁阀42，干粉和惰性气体同时进入汇流管46进行混合后，连通至第三电磁阀43，当需要启动灭火喷出灭火剂时，则打开第三电磁阀43，将混合后的灭火剂输出至灭火气管6，并沿着灭火机械臂5从灭火喷嘴喷出，同时，惰性气体经过分流阀45连通至第四电磁阀44，当需要启动灭火时，第四电磁阀44同时打开，惰性气体输出至后置气管9，惰性气体从后置气管9的喷气口91喷出，从而抵消灭火剂喷出时产生的后坐力；第一电磁阀41和第二电磁阀42分别控制干粉气瓶31和惰性气瓶32的打开和关闭，第三电磁阀43则控制灭火剂喷出至灭火气管6的打开和关闭，第四电磁阀44则控制喷出惰性气体的后置气管9的打开和关闭，对干粉和惰性气体进行有效的差分控制，保证灭火作业的安全稳定进行。

进一步的是，所述移动机构1包括至少两个移动轮11，且所述移动轮11内设置有轮毂电机进行驱动。具体的，在一个实施例中采用一侧两个移动轮11，两侧一共四个移动轮11，且四个移动轮11分别对应设置一个轮毂电机进行驱动，或者可以通过两侧分别设置一个轮毂电机，对同一侧的所有移动轮11进行驱动，通过轮毂电机进行驱动能够省略大量传动部件，让本实施例的灭火机器人结构更简单更紧凑，占据空间更小，安装在空间有限的隧道内更简单方便，且节约隧道内的空间。

进一步的是，所述灭火机械臂5采用四轴机械臂，且所述四轴机械臂的四个转动轴均设置有转动自锁。具体的，在本实施例中，火机械臂采用四轴机械臂，可以实现四个自由度的转动，从而可以将灭火喷嘴朝向任意的角度，从而保证各方位出现火情都能进行扑灭，保证对火情扑灭的效果，提高本灭火机器人的灭火性能；另外，对于喷出灭火剂的时候产生的后坐力，本实施例的四轴机器人在四个转动轴均设置了自锁，在确定了喷射灭火剂的角度后，对四轴机器人的四个轴进行锁定，有效避免喷灭火剂导致的反作用力，同时保证灭火角度的不变，提高扑灭火情的效果。

进一步的是，所述灭火机械臂5上设置有多个温度传感器51，用于对周围的温度进行检测。具体的，在本实施例中，灭火机械臂5上设置有多个温度传感器51，分布在灭火机械臂5的四周，防止火情蔓延到灭火机器人上，导致机器人故障，在主控模块7中设定的温度的阈值，温度传感器51将检测的温度发送至主控模块7，当温度超过了设置的阈值，主控模块7就会控制灭火机器人远离火源，灭火机器人会保持一定安全距离对火情进行扑灭，同时通过WiFi信号发送至外部设备警报提示电力人员。

根据本发明实施例的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：包括移动机构、灭火底座、灭火瓶组件、控制阀门组件、灭火机械臂、灭火气管和主控模块；

所述移动机构设置于所述灭火底座的顶端，所述灭火机械臂设置于所述灭火底座的底端；所述灭火瓶组件设置于所述灭火底座的内部；

所述主控模块分别与所述移动机构、控制阀门组件和灭火机械臂通信连接；

所述灭火瓶组件通过气瓶输出管与所述控制阀门组件的输入端连接，所述控制阀门组件的输出端与所述灭火气管；

所述灭火气管沿着所述灭火机械臂设置，并延伸至所述灭火机械臂的输出端；

所述灭火机械臂的输出端设置有火源检测组件，用于对火源进行探测和定位。

2.根据权利要求1所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述火源检测组件包括红紫外复合火焰勘测镜头和实景摄像头；

所述实景摄像头设置于所述灭火机械臂的输出端，所述红紫外复合火焰勘测镜头设置于所述实景摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述灭火瓶组件包括干粉气瓶和惰性气瓶，所述干粉气瓶和惰性气瓶分别设置于所述灭火底座的内部的两端；

所述气瓶输出管包括干粉气管和惰性气管，所述干粉气瓶的输出端通过所述干粉气管与所述控制阀门组件连接；

所述惰性气瓶通过所述惰性气管与所述控制阀门组件连接；所述干粉气管和惰性气管上分别设置有流量控制阀。

4.根据权利要求3所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述干粉气瓶和惰性气瓶之间设置有中部固定块，所述干粉气瓶与所述灭火底座之间以及所述惰性气瓶与所述灭火底座之间分别设置有侧面固定块，所述中部固定块和侧面固定块均采用减震海绵制备。

5.根据权利要求4所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述干粉气瓶和所述惰性气瓶之间以及所述灭火底座的两侧内壁分别设置有卡扣凸起，所述中部固定块和两个所述侧面固定块分别与对应的卡扣凸起卡扣连接。

6.根据权利要求3所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：还包括后置气管，所述灭火气管设置于所述灭火机械臂的前侧，所述后置气管设置于所述灭火机械臂的后侧，所述后置气管通过所述控制阀门组件与所述惰性气瓶连接，所述后置气管朝所述灭火机械臂的后侧设置有喷气口。

7.根据权利要求6所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述控制阀门组件包括四个气动电磁阀、分流阀和汇流管；

四个所述气动电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀；

所述干粉气管与第一电磁阀；

所述惰性气管通过所述分流阀分别与第二电磁阀和第四电磁阀连接，所述第四电磁阀的输出端与所述后置气管连接；

所述第二电磁阀的输出端和第一电磁阀的输出端均与汇流管连接，所述汇流管连接至所述第三电磁阀，所述第三电磁阀的输出端与所述灭火气管连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述移动机构包括至少两个移动轮，且所述移动轮内设置有轮毂电机进行驱动。

9.根据权利要求1所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述灭火机械臂采用四轴机械臂，且所述四轴机械臂的四个转动轴均设置有转动自锁。

10.根据权利要求1所述的一种用于顶管隧道的倒挂式灭火机器人，其特征在于：所述灭火机械臂上设置有多个温度传感器，用于对周围的温度进行检测。

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