CN115531783A - 一种全地形消防灭火机器人及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全地形消防灭火机器人，包括移动底盘组件和水喷射灭火系统，水喷射灭火系统设置在移动底盘组件上；所述移动底盘组件包括底盘本体，在底盘本体的两侧分别设置多个履带模块；所述履带模块包括驱动轮、从动轮和回转式履带，驱动轮和从动轮分别位于回转式履带的两端，在驱动轮和从动轮之间设置有承重轮，回转式履带绕设在驱动轮、承重轮和从动轮上；所述驱动轮、承重轮和从动轮均安装在侧板上，侧板通过旋转轴与底盘本体活动连接。本发明消防灭火机器人能够适用于坑洼路段、爬坡越障等各种地形场景，从而可在各种场合进行消防灭火作业，大幅提高了消防灭火作业的机动性以及消防灭火作业效率。

Description

一种全地形消防灭火机器人及其作业方法

技术领域

本发明涉及消防灭火机器人领域，具体地说是涉及一种全地形消防灭火机器人，以及该全地形消防灭火机器人的作业方法。

背景技术

消防灭火机器人作为特种机器人的一种，在灭火时越来越发挥重要的作用。在灭火时，现场指挥人员可以先控制消防灭火机器人进场，利用其进行先期压制，并根据其反馈结果，及时对灾情做出科学判断，从而对火灾事故现场工作做出正确、合理地决策。

现有消防灭火机器人的移动底盘基本是采用轮式组件或履带式组件进行驱动，轮式组件相比于履带式组件更轻便，但在越障及复杂地形的通行能力上不如履带式组件。尤其是目前消防灭火机器人在进场灭火时，所面对的场地环境可能更为复杂，比如说进入坑洼路段，需要上下楼梯或爬坡越障等，此时依靠现有车体两侧设置的两个履带式组件结构也越来越难以满足要求。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种全地形消防灭火机器人，以及该全地形消防灭火机器人的作业方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种全地形消防灭火机器人，包括移动底盘组件和水喷射灭火系统，水喷射灭火系统设置在移动底盘组件上；

所述移动底盘组件包括底盘本体，在底盘本体的两侧分别设置多个履带模块；所述履带模块包括驱动轮、从动轮和回转式履带，驱动轮和从动轮分别位于回转式履带的两端，在驱动轮和从动轮之间设置有承重轮，回转式履带绕设在驱动轮、承重轮和从动轮上；

所述驱动轮、承重轮和从动轮均安装在侧板上，侧板通过旋转轴与底盘本体活动连接。

优选的，所述履带模块共设置四个，其中两个履带模块分别安装在底盘本体一侧的前后两端，另外两个履带模块分别安装在底盘本体另一侧的前后两端；

安装在底盘本体前端的履带模块，其上的驱动轮位于回转式履带的前端；安装在底盘本体后端的履带模块，其上的驱动轮位于回转式履带的后端；

所述旋转轴位于承重轮和从动轮之间。

优选的，所述旋转轴的一端插入第一轴套中，第一轴套安装在侧板上，且第一轴套的伸展方向与侧板相垂直；所述旋转轴的另一端通过减震组件与底盘本体连接；

所述减震组件包括滑动座和与滑动座相适配的固定座，滑动座插入固定座中，并能相对于固定座上下滑动，固定座安装在底盘本体上；旋转轴的端部插入第二轴套中，第二轴套安装在滑动座上，滑动座的上方通过压缩弹簧与底盘本体连接。

优选的，所述第二轴套安装在滑动座的中部，在滑动座的两侧设置有竖向布置的滑块，在固定座的中心设置有方便滑动座嵌入的缺口，且在固定座的两侧均设置有两个竖向导向块，在两个竖向导向块之间形成有与滑块相适配的滑槽，所述滑块插入滑槽中；

在滑动座的顶部设置有固定板，在固定板上设置有导向杆，导向杆的顶端设置有活动板，所述压缩弹簧套设在导向杆上，且压缩弹簧的两端分别与固定板和活动板连接，活动板与底盘本体连接。

优选的，在旋转轴上和/或第一轴套、第二轴套的内壁上设置有第一润滑油道，第一润滑油道与第一注油端口相连通；在滑动座和/或固定座上设置有第二润滑油道，第二润滑油道与第二注油端口相连通。

优选的，在移动底盘组件上还设置有用于对履带模块沿旋转轴的转动角度进行限定的限位装置；

所述限位装置包括限位块组和限位销轴组，限位块组包括第一限位块和第二限位块，第一限位块安装在侧板上，第二限位块安装在底盘本体上，当履带模块沿旋转轴顺时针转动至限位角度后，第一限位块和第二限位块相抵触；

限位销轴组包括第一限位销轴和第二限位销轴，第一限位销轴安装在侧板上，第二限位销轴安装在底盘本体上，第一限位销轴和第二限位销轴之间通过钢丝绳连接，当履带模块沿旋转轴逆时针转动至限位角度后，钢丝绳处于完全张紧状态。

优选的，所述驱动轮与行走马达传动连接，行走马达与液压驱动系统连接，所述液压驱动系统包括液压油箱和液压泵，液压泵通过液压油输送管路连接液压油箱，液压泵与发动机连接，液压泵还通过液压油循环管路连接行走马达，在液压油循环管路上设置有防打滑阀；液压泵还通过液压油控制管路连接行走马达，在液压油控制管路上设置有控制阀，所述控制阀包括高低速阀和刹车阀；

所述行走马达共设置四个，分别为第一行走马达、第二行走马达、第三行走马达和第四行走马达；所述液压泵共设置两个，分别为第一液压泵和第二液压泵；第一液压泵与第二液压泵连接，并连接发动机；第一液压泵与第一行走马达和第二行走马达控制连接，第二液压泵与第三行走马达和第四行走马达控制连接。

优选的，在底盘本体的前端还设置有用于辅助越障的电动绞盘，在电动绞盘上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的末端连接挂钩。

优选的，所述水喷射灭火系统包括消防水炮，消防水炮设置在底盘本体的前端，在底盘本体的后端设置有水带接口，水带接口通过水输送管道与消防水炮连接。

如上所述的全地形消防灭火机器人的作业方法，包括以下步骤：

(1)液压驱动系统分别通过行走马达同步控制四个履带模块上的驱动轮运转，驱动轮带动机器人本体爬坡越障，朝向目标位置运动；

(2)机器人本体在运动过程中，根据地形的不同，履带模块会随之相对于底盘本体转动，当转动角度大于限定角度后，通过限位装置实现转动角度的幅度控制；

(3)经过更加复杂的地形时，通过电动绞盘进行辅助越障；辅助越障时，先通过电动绞盘将钢丝绳松脱，然后将挂钩悬挂到相应位置，再转动电动绞盘，使钢丝绳收卷，从而给机器人本体一拉力，实现辅助越障；

(4)当机器人本体到达消防灭火位置后，在水带接口处接上输水带，然后输水带输送过来的水经过水输送管道，再经消防水炮喷出，进行消防灭火作业。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过在移动底盘组件的两侧分别设置多个履带模块，且每个履带模块均通过一个行走马达独立驱动，使得消防灭火机器人能够适用于坑洼路段、爬坡越障等各种地形场景，从而可在各种场合进行消防灭火作业，大幅提高了消防灭火作业的机动性以及消防灭火作业效率。

本发明通过旋转轴将履带模块与底盘本体连接，并在旋转轴与底盘本体的连接处设置减震组件，使得履带模块整体具有较好的减震效果，不但使得消防灭火机器人能够进行全地形作业，还具有运行平稳等优点。

本发明在旋转轴与减震组件连接等处还设置有润滑油槽，以增加润滑效果，减少摩擦带来的磨损，增加使用寿命和可靠性。

本发明在移动底盘组件上还设置有限位装置，通过限位装置结构的合理设置，可对履带模块沿旋转轴的转动角度进行限定，如将其转动角度限定在正负20°等，从而提升了消防灭火机器人移动作业的稳定性与安全性。

本发明还对液压系统进行合理设置，比如说每个液压泵对应控制两个行走马达，在液压油管路上设置防打滑阀、高低速阀和刹车阀等，从而使得消防灭火机器人的操控简单方便，运行平稳流畅，适合全地形消防灭火作业。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明全地形消防灭火机器人的外部结构示意图，图中示出侧视结构；

图2为本发明全地形消防灭火机器人的俯视结构示意图；

图3为本发明全地形消防灭火机器人的前视结构示意图；

图4为本发明全地形消防灭火机器人的后视结构示意图；

图5为本发明中单个履带模块的结构原理示意图，图中示出侧板隐藏后的结构；

图6为本发明中履带模块通过旋转轴与底盘本体连接处的剖面结构原理示意图；

图7为本发明中旋转轴与减震组件的连接示意图，图中示出滑动座与固定座的分解状态；

图8为本发明中旋转轴与减震组件的连接示意图，图中示出侧视结构；

图9为本发明中旋转轴与减震组件的连接示意图，图中示出正视结构；

图10为本发明中旋转轴与减震组件的连接示意图，图中示出俯视结构；

图11为图9的一种角度剖面视图；

图12为图9的另一种角度剖面视图；

图13为本发明中行走马达与液压系统连接的原理框图。

具体实施方式

结合附图，一种全地形消防灭火机器人，包括移动底盘组件和水喷射灭火系统，水喷射灭火系统设置在移动底盘组件上。所述移动底盘组件包括底盘本体1，在底盘本体1的两侧分别设置多个履带模块2。所述履带模块2包括驱动轮201、从动轮202和回转式履带203，驱动轮201和从动轮202分别位于回转式履带203的两端，在驱动轮201和从动轮202之间设置有承重轮204。回转式履带203绕设在驱动轮201、承重轮204和从动轮202上，驱动轮201与行走马达3传动连接。所述驱动轮201、承重轮204和从动轮202均安装在侧板4上，侧板4通过旋转轴5与底盘本体1活动连接。

本发明通过在移动底盘组件的两侧分别设置多个履带模块，且每个履带模块均通过一个行走马达3独立驱动，使得消防灭火机器人能够适用于坑洼路段、爬坡越障等各种地形场景，从而可在各种场合进行消防灭火作业，大幅提高了消防灭火作业的机动性以及消防灭火作业效率。

上述全地形消防灭火机器人，驱动轮201还可采用电动驱动的方式。

作为对本发明的进一步设计，所述履带模块共设置四个，其中两个履带模块分别安装在底盘本体1左侧的前后两端，另外两个履带模块分别安装在底盘本体右侧的前后两端。安装在底盘本体1前端的履带模块，其上的驱动轮位于回转式履带的前端；安装在底盘本体1后端的履带模块，其上的驱动轮位于回转式履带的后端。履带模块上配置的驱动轮周圈设置有传动齿，传动齿与回转式履带相啮合。本发明通过合理布置四个履带模块，且每个模板进行独立驱动等，可进一步提升消防灭火机器人对复杂地形的适应能力。

进一步的，所述旋转轴5的一端插入第一轴套501中，第一轴套501安装在侧板4上，且第一轴套501的伸展方向与侧板4相垂直。侧板4平行设置两个或多个，第一轴套501横向固定在侧板4上。所述旋转轴5的另一端通过减震组件6与底盘本体1连接。所述减震组件6包括滑动座601和与滑动座601相适配的固定座606，滑动座601插入固定座606中，并能相对于固定座606上下滑动，固定座606安装在底盘本体1上。旋转轴5的端部插入第二轴套607中，第二轴套607安装在滑动座601上，滑动座601的上方通过压缩弹簧602与底盘本体1连接。所述第二轴套607安装在滑动座601的中部，在滑动座601的两侧设置有竖向布置的滑块6011，在固定座606的中心设置有方便滑动座嵌入的缺口6061，且在固定座的两侧均设置有两个竖向导向块6062，在两个竖向导向块6062之间形成有与滑块6011相适配的滑槽6063，所述滑块6011插入滑槽6063中。在滑动座601的顶部设置有固定板603，在固定板603上设置有导向杆604，导向杆604的顶端设置有活动板605，所述压缩弹簧602套设在导向杆604上，且压缩弹簧602的两端分别与固定板603和活动板605连接，活动板605与底盘本体1连接。

本发明通过旋转轴5将履带模块与底盘本体连接，并在旋转轴与底盘本体的连接处设置减震组件6，且减震组件6采用上述结构，使得履带模块整体具有较好的减震效果，不但使得消防灭火机器人能够进行全地形作业，还具有运行平稳等优点。

更进一步的，在旋转轴上和/或第一轴套、第二轴套的内壁上设置有第一润滑油道，第一润滑油道与第一注油端口相连通；在滑动座和/或固定座上设置有第二润滑油道，第二润滑油道与第二注油端口相连通。具体地，可在第一轴套501等上设置有第一润滑油道5011，如第一润滑油道5011设置在第一轴套501的内侧，在第一轴套501的侧壁上设置有与第一润滑油道5011相连通的第一注油端口5012，通过第一注油端口5012向第一润滑油道5011中注入润滑油，可增加第一轴套501与旋转轴5之间旋转接触面5013的润滑效果，减少摩擦带来的磨损，增加使用寿命和可靠性。在滑块6011上竖向布置有第二润滑油道6012，在滑块6011上还设置有与第二润滑油道6012相连通的第二注油端口6013，通过第二注油端口6013向第二润滑油道6012中注入润滑油，可增加滑块6011与竖向导向块6062之间滑动接触面6014的润滑效果，减少摩擦带来的磨损，增加使用寿命和可靠性。

进一步的，在移动底盘组件上还设置有用于对履带模块沿旋转轴的转动角度进行限定的限位装置。所述限位装置包括限位块组和限位销轴组，限位块组包括第一限位块7和第二限位块8，第一限位块7安装在侧板4上，第二限位块8安装在底盘本体1上，当履带模块沿旋转轴5顺时针转动至限位角度后，第一限位块7和第二限位块8相抵触。限位销轴组包括第一限位销轴9和第二限位销轴10，第一限位销轴9安装在侧板4上，第二限位销轴10安装在底盘本体1上，第一限位销轴9和第二限位销轴10之间通过钢丝绳连接，当履带模块沿旋转轴5逆时针转动至限位角度后，钢丝绳处于完全张紧状态。本发明通过限位装置结构的合理设置，即采用相配合的限位块组与限位销轴组，可对履带模块沿旋转轴的转动角度进行限定，如将其转动角度限定在正负20°范围等，从而提升了消防灭火机器人移动作业的稳定性与安全性。

更进一步的，所述行走马达与液压驱动系统连接。如图7所示，所述液压驱动系统包括液压油箱11和液压泵，液压泵通过液压油输送管路12连接液压油箱11，液压泵与发动机13连接，液压泵1还通过液压油循环管路14连接行走马达，在液压油循环管路14上设置有防打滑阀15。液压泵还通过液压油控制管路16连接行走马达，在液压油控制管路上设置有控制阀17，所述控制阀包括高低速阀和刹车阀。

更为具体地，图7示出全地形消防灭火机器人配置四个履带模块2的情形。所述行走马达3共设置四个，分别为第一行走马达301、第二行走马达302、第三行走马达303和第四行走马达304。所述液压泵共设置两个，分别为第一液压泵18和第二液压泵19。第一液压泵与第二液压泵连接，并连接发动机。第一液压泵18与第一行走马达301和第二行走马达302控制连接，第二液压泵19与第三行走马达303和第四行走马达304控制连接。在液压油输送管路12和液压油控制管路16上还均设置有过滤器20。本发明通过对液压系统进行合理设置，比如说每个液压泵对应控制两个行走马达，在液压油管路上设置防打滑阀、高低速阀和刹车阀等，从而使得消防灭火机器人的操控简单方便，运行平稳流畅，适合全地形消防灭火作业。

上述液压油箱11、发动机13、液压泵等均安装在底盘本体1上。在底盘本体1上还设置有电控柜21、发动机燃油箱22、蓄电池23等。

上述水喷射灭火系统包括消防水炮24，消防水炮24设置在底盘本体1的前端，在底盘本体1的后端设置有水带接口25，水带接口25通过水输送管道与消防水炮连接。

在底盘本体1的前端还设置有电动绞盘26，电动绞盘26通过钢丝绳或缆绳与挂钩27连接，以在必要时进行辅助越障。具体地，是在需要进行辅助越障时，通过电动绞盘26将钢丝绳松脱，然后将挂钩27悬挂到相应位置，再转动电动绞盘26，使钢丝绳收卷，从而给全地形消防灭火机器人一拉力，实现辅助越障。

本发明还提供一种全地形消防灭火机器人的作业方法，包括以下步骤：

(1)液压驱动系统分别通过行走马达同步控制四个履带模块上的驱动轮201运转，驱动轮带动机器人本体爬坡越障，朝向目标位置运动。

(2)机器人本体在运动过程中，根据地形的不同，履带模块2会随之相对于底盘本体1转动，当转动角度大于限定角度后，通过限位装置如第一限位块7和第二限位块8之间的配合等实现转动角度的幅度控制。

(3)经过更加复杂的地形时，通过电动绞盘26进行辅助越障。辅助越障时，先通过电动绞盘26将钢丝绳松脱，然后将挂钩27悬挂到相应位置，再转动电动绞盘26，使钢丝绳收卷，从而给机器人本体一拉力，实现辅助越障。

(4)当机器人本体到达消防灭火位置后，在水带接口25处接上输水带，然后输水带输送过来的水经过水输送管道，再经消防水炮24喷出，进行消防灭火作业。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：包括移动底盘组件和水喷射灭火系统，水喷射灭火系统设置在移动底盘组件上；

所述移动底盘组件包括底盘本体，在底盘本体的两侧分别设置多个履带模块；所述履带模块包括驱动轮、从动轮和回转式履带，驱动轮和从动轮分别位于回转式履带的两端，在驱动轮和从动轮之间设置有承重轮，回转式履带绕设在驱动轮、承重轮和从动轮上；

所述驱动轮、承重轮和从动轮均安装在侧板上，侧板通过旋转轴与底盘本体活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：所述履带模块共设置四个，其中两个履带模块分别安装在底盘本体一侧的前后两端，另外两个履带模块分别安装在底盘本体另一侧的前后两端；

安装在底盘本体前端的履带模块，其上的驱动轮位于回转式履带的前端；安装在底盘本体后端的履带模块，其上的驱动轮位于回转式履带的后端；

所述旋转轴位于承重轮和从动轮之间。

3.根据权利要求1所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：所述旋转轴的一端插入第一轴套中，第一轴套安装在侧板上，且第一轴套的伸展方向与侧板相垂直；所述旋转轴的另一端通过减震组件与底盘本体连接；

所述减震组件包括滑动座和与滑动座相适配的固定座，滑动座插入固定座中，并能相对于固定座上下滑动，固定座安装在底盘本体上；旋转轴的端部插入第二轴套中，第二轴套安装在滑动座上，滑动座的上方通过压缩弹簧与底盘本体连接。

4.根据权利要求3所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：所述第二轴套安装在滑动座的中部，在滑动座的两侧设置有竖向布置的滑块，在固定座的中心设置有方便滑动座嵌入的缺口，且在固定座的两侧均设置有两个竖向导向块，在两个竖向导向块之间形成有与滑块相适配的滑槽，所述滑块插入滑槽中；

在滑动座的顶部设置有固定板，在固定板上设置有导向杆，导向杆的顶端设置有活动板，所述压缩弹簧套设在导向杆上，且压缩弹簧的两端分别与固定板和活动板连接，活动板与底盘本体连接。

5.根据权利要求4所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：在旋转轴上和/或第一轴套、第二轴套的内壁上设置有第一润滑油道，第一润滑油道与第一注油端口相连通；在滑动座和/或固定座上设置有第二润滑油道，第二润滑油道与第二注油端口相连通。

6.根据权利要求1所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：在移动底盘组件上还设置有用于对履带模块沿旋转轴的转动角度进行限定的限位装置；

所述限位装置包括限位块组和限位销轴组，限位块组包括第一限位块和第二限位块，第一限位块安装在侧板上，第二限位块安装在底盘本体上，当履带模块沿旋转轴顺时针转动至限位角度后，第一限位块和第二限位块相抵触；

限位销轴组包括第一限位销轴和第二限位销轴，第一限位销轴安装在侧板上，第二限位销轴安装在底盘本体上，第一限位销轴和第二限位销轴之间通过钢丝绳连接，当履带模块沿旋转轴逆时针转动至限位角度后，钢丝绳处于完全张紧状态。

7.根据权利要求1所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：所述驱动轮与行走马达传动连接，行走马达与液压驱动系统连接，所述液压驱动系统包括液压油箱和液压泵，液压泵通过液压油输送管路连接液压油箱，液压泵与发动机连接，液压泵还通过液压油循环管路连接行走马达，在液压油循环管路上设置有防打滑阀；液压泵还通过液压油控制管路连接行走马达，在液压油控制管路上设置有控制阀，所述控制阀包括高低速阀和刹车阀；

所述行走马达共设置四个，分别为第一行走马达、第二行走马达、第三行走马达和第四行走马达；所述液压泵共设置两个，分别为第一液压泵和第二液压泵；第一液压泵与第二液压泵连接，并连接发动机；第一液压泵与第一行走马达和第二行走马达控制连接，第二液压泵与第三行走马达和第四行走马达控制连接。

8.根据权利要求1所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：在底盘本体的前端还设置有用于辅助越障的电动绞盘，在电动绞盘上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的末端连接挂钩。

9.根据权利要求1所述的一种全地形消防灭火机器人，其特征在于：所述水喷射灭火系统包括消防水炮，消防水炮设置在底盘本体的前端，在底盘本体的后端设置有水带接口，水带接口通过水输送管道与消防水炮连接。

10.如权利要求1-9中任一权利要求所述的全地形消防灭火机器人的作业方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)液压驱动系统分别通过行走马达同步控制四个履带模块上的驱动轮运转，驱动轮带动机器人本体爬坡越障，朝向目标位置运动；

(2)机器人本体在运动过程中，根据地形的不同，履带模块会随之相对于底盘本体转动，当转动角度大于限定角度后，通过限位装置实现转动角度的幅度控制；

(3)经过更加复杂的地形时，通过电动绞盘进行辅助越障；辅助越障时，先通过电动绞盘将钢丝绳松脱，然后将挂钩悬挂到相应位置，再转动电动绞盘，使钢丝绳收卷，从而给机器人本体一拉力，实现辅助越障；

(4)当机器人本体到达消防灭火位置后，在水带接口处接上输水带，然后输水带输送过来的水经过水输送管道，再经消防水炮喷出，进行消防灭火作业。

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