CN116059568A - 一种隧道巡检机器人用灭火机构及其应急灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道巡检机器人用灭火机构及其应急灭火方法，其中灭火装置安装于云台上，且灭火装置一侧设有自锁门机构，另一侧设有击发机构，灭火装置上侧设有图像处理装置，自锁门机构包括门盖和门盖驱动组件，灭火装置一侧形成灭火喷口，门盖盖住所述灭火喷口并通过门盖驱动组件驱动转动打开，灭火装置内部设有灭火炮，击发机构包括击发轴杆和击发驱动组件，击发轴杆通过击发驱动组件驱动转动，击发轴杆上设有多个击发块，且各个击发块沿着击发轴杆圆周方向布置，灭火炮上设有击发开关，且击发轴杆转动时，所述击发开关通过对应的击发块压下触发。本发明在机器人巡检过程中能够自动识别火灾灾情，并自动实现灭火功能。

Description

一种隧道巡检机器人用灭火机构及其应急灭火方法

技术领域

本发明涉及隧道巡检机器人领域，具体地说是一种隧道巡检机器人用灭火机构及其应急灭火方法。

背景技术

机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围，而在隧道的巡检工作中，由于多数隧道需要行走车辆、火车等交通工具，因此人工巡检具有不精准、不安全的问题，因此采用隧道巡检机器人对隧道内部进行安全巡检成为更好的选择。但现有的隧道巡检机器人巡检发现火灾等情况时，只能够进行监控和监视并等待处理，其并不具备火灾处理能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道巡检机器人用灭火机构及其应急灭火方法，在机器人巡检过程中能够自动识别火灾灾情，并自动实现灭火功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种隧道巡检机器人用灭火机构，包括云台、灭火装置、自锁门机构、击发机构和图像处理装置，其中灭火装置安装于云台上，且所述灭火装置一侧设有自锁门机构，另一侧设有击发机构，所述灭火装置上侧设有图像处理装置，所述自锁门机构包括门盖和门盖驱动组件，灭火装置一侧形成灭火喷口，且所述门盖盖住所述灭火喷口并通过所述门盖驱动组件驱动转动，所述击发机构包括击发轴杆和击发驱动组件，且所述击发轴杆通过所述击发驱动组件驱动转动，所述击发轴杆上设有多个击发块，且各个击发块沿着击发轴杆圆周方向布置，所述灭火装置内部设有带击发开关的灭火炮，且所述击发轴杆转动时，所述击发开关通过对应的击发块压下触发。

所述灭火装置一侧设有第一壳体)，所述门盖驱动组件设于所述第一壳体中，所述门盖驱动组件包括第一电机、第一蜗杆、第一齿轮和门盖驱动轴，其中第一蜗杆通过第一电机驱动转动，第一齿轮与第一蜗杆啮合，并且第一齿轮套设于所述门盖驱动轴上，所述门盖通过所述门盖驱动轴驱动翻转。

所述第一壳体一端设有第一减速机壳，所述第一蜗杆、第一齿轮和门盖驱动轴均设于所述第一减速机壳中，所述第一壳体内部设有第一控制器；所述门盖上侧通过主动摆臂和从动摆臂与灭火装置铰接，其中所述主动摆臂通过所述门盖驱动轴驱动转动。

所述灭火装置一侧设有第二壳体，所述击发驱动组件设于所述第二壳体中，所述击发驱动组件包括第二电机、第二蜗杆和第二齿轮，其中第二蜗杆通过第二电机驱动转动，第二齿轮与第二蜗杆啮合，且第二齿轮套设于击发轴杆一端。

所述第二壳体一端设有第二减速机壳，所述第二蜗杆、第二齿轮均设于所述第二减速机壳中，所述第二壳体内部设有第二控制器。

所述灭火装置包括固定座和外壳，所述外壳扣置于所述固定座上，灭火炮固定于所述固定座上并设于所述外壳中，所述自锁门机构和击发机构均安装于所述外壳上，所述外壳上侧设有线槽。

所述云台包括底座、多个驱动器和多个支臂，其中底座安装于隧道巡检机器人上，所述底座的上表面装配有第一驱动器)，所述第一驱动器输出端装配有第一支臂，所述第一支臂后端固定装配有第二驱动器，所述第二驱动器输出端装配有第二支臂，所述第二支臂前端装配有第三驱动器，且第四驱动器安装于所述第三驱动器输出端，灭火装置底端安装于所述第四驱动器的输出端。

所述图像处理装置包括安装座、红外探照灯、红外摄像头和双目摄像机，其中安装座顶端设有双目摄像机，安装座两侧设有红外探照灯，所述红外探照灯内部装配有红外灯点，安装座的前表面中部设有红外摄像头，安装座的底端设有防震凝胶座，且所述防震凝胶座安装于所述灭火装置上侧。

一种根据所述的隧道巡检机器人用灭火机构的应急灭火方法，隧道巡检机器人巡逻过程中，图像处理装置实时对隧道进行检测，当红外摄像头探测到隧道内温度异常时，云台启动调整红外摄像头和双目摄像机对准至异常点位识别警情，判断为已燃警情时，机械人控制系统根据图像处理装置检测情况控制隧道机器人移动并预设灭火炮的弹道方向，然后控制云台调整灭火装置位置，云台调整完毕后自锁门机构启动使门盖开启，然后击发机构启动依次触发各个灭火炮发射灭火剂。

隧道的最高点到地面的绝对距离为h，所述红外摄像头最小探测范围为

所述双目摄像机的最小探测范围为

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明在隧道巡检机器人定时定向巡逻时能够自动识别火灾灾情，并可以根据探测情况确定处理方案并自动上报，当确认为已燃警情时，能够自动实现灭火功能，以有效控制灾情。

2、本发明在判断为已燃警情后，先根据探测情况利用机器人控制器计算设定灭火炮的弹道方向，然后利用云台调整灭火装置位置，云台调整完毕后，自锁门机构自动启动使门盖开启露出灭火喷口，然后击发机构自动启动依次触发各个灭火炮发射灭火剂，整个过程均自动完成，从而可以快速有效地控制火灾灾情。

3、本发明有效解决了现有的隧道巡检机器人不具备火灾处理能力的问题，并且具有可以识别探测位置距离的双目摄像机等结构，能够第一时间确定火灾位置方向距离信息的功能，而且具有自动识别处理现场信息的功能，使用起来自动化程度高，灾情控制效果好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中本发明的分解示意图，

图3为图1中的自锁门机构分解示意图，

图4为图1中的灭火装置和击发机构分解示意图，

图5为图4中固定座上的装置结构示意图，

图6为图5中的各个击发块沿击发轴杆轴向的视图，

图7为图1中的图像处理装置结构示意图，

图8为图1中的云台结构示意图。

其中，1为云台，11为底座，12为第一驱动器，13为第一支臂，14为第二驱动器，15为第二支臂，16为第三驱动器，17为第四驱动器，2为灭火装置，21为固定座，22为外壳，23为线槽，24为固定块，25为灭火炮，26为固定压板，27为击发开关，3为自锁门机构，31为第一减速机壳，32为第一齿轮，33为轴承，34为第一蜗杆，35为第一电机，36为第一壳体，37为第一控制器，38为主动摆臂，39为从动摆臂，310为定位块，311为门盖，312为门盖驱动轴，4为击发机构，41为第二减速机壳，42为第二齿轮，43为第二壳体，44为第二蜗杆，45为传动轴，46为第二电机，47为第二控制器，48为击发轴杆，49为击发块，491为第一击发块，492为第二击发块，493为第三击发块，5为图像处理装置，51为安装座，52为防震凝胶座，53为红外探照灯，54为红外灯点，55为红外摄像头，56为双目摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～8所示，本发明包括云台1、灭火装置2、自锁门机构3、击发机构4和图像处理装置5，其中如图1～2所示，所述云台1用于安装在隧道机器人顶端，灭火装置2安装于云台1上，且所述灭火装置2一侧设有自锁门机构3，另一侧设有击发机构4，所述灭火装置2上侧设有图像处理装置5，如图3所示，所述自锁门机构3包括门盖311和门盖驱动组件，灭火装置2一侧形成灭火喷口，且所述门盖311盖住所述灭火喷口，所述门盖311通过所述门盖驱动组件驱动转动打开，如图3～6所示，所述灭火装置2内部设有灭火炮25，所述击发机构4包括击发轴杆48和击发驱动组件，所述击发轴杆48通过所述击发驱动组件驱动转动，所述击发轴杆48上设有多个击发块49，如图6所示，沿着所述击发轴杆48的轴向看去，各个击发块49沿着圆周方向布置，如图5所示，所述灭火炮25前端设有击发开关27，且所述击发轴杆48转动时，所述击发开关27通过对应的击发块49触发，从而使该灭火炮25启动。本发明工作时，所述图形处理装置5用于识别、校准、分析火点位置，并提供信号给隧道机器人，使隧道机器人移动至合适位置，所述云台1设有多个自由度，机器人控制系统可根据检测情况通过所述云台1调整所述灭火装置2的位置和方向，所述灭火装置2位置确定后，所述自锁门机构3启动使门盖311开启露出灭火喷口，然后击发机构4启动依次触发各个灭火炮25实现灭火作业。

如图3所示，所述灭火装置2一侧设有第一壳体36，且所述门盖驱动组件设于所述第一壳体36中，所述门盖驱动组件包括第一电机35、第一蜗杆34、第一齿轮32和门盖驱动轴312，其中第一蜗杆34通过第一电机35驱动转动，第一齿轮32与第一蜗杆34啮合，门盖驱动轴312可转动地设于第一壳体36中，第一齿轮32套设于所述门盖驱动轴312上。本发明工作时，第一电机35通过第一蜗杆34和第一齿轮32传递转矩，进而驱动门盖驱动轴312转动，所述门盖311则通过所述门盖驱动轴312驱动翻转，从而实现打开或闭合，另外第一蜗杆34和第一齿轮32采用自锁结构以支撑门盖驱动轴312的定位。

如图3所示，所述第一壳体36一端设有第一减速机壳31，所述第一蜗杆34、第一齿轮32和门盖驱动轴312均设于所述第一减速机壳31中，所述门盖驱动轴312通过设于第一减速机壳31内的轴承33支撑实现转动，所述第一壳体36内部设有第一控制器37，且机器人控制系统通过所述第一控制器37控制所述第一电机35转动。所述第一控制器37为本领域公知技术且为市购产品。

如图3所示，所述门盖311上侧通过主动摆臂38和从动摆臂39与灭火装置2铰接，其中门盖驱动轴312由所述第一减速机壳31伸出后插装于所述主动摆臂38一端并驱动所述主动摆臂38转动，进而实现门盖311翻转，所述灭火装置2远离第一壳体36一侧上端设有定位块39，所述从动摆臂39端部铰接于所述定位块39上。

如图4～5所示，所述灭火装置2另一侧设有第二壳体43，所述击发机构4中的击发驱动组件设于所述第二壳体43中，所述击发驱动组件包括第二电机46、第二蜗杆44和第二齿轮42，其中第二蜗杆44通过第二电机46驱动转动，第二齿轮42与第二蜗杆44啮合，且第二齿轮42套设于击发轴杆48一端。本发明工作时，第二电机46通过第二蜗杆44和第二齿轮42传递转矩驱动击发轴杆48转动，从而带动击发块49转动并依次启动对应的灭火炮27，另外所述第二蜗杆44和第二齿轮42采用自锁结构以支撑击发轴杆48定位。

如图4所示，所述第二壳体43一端设有第二减速机壳41，所述第二蜗杆44、第二齿轮42均设于所述第二减速机壳4中，所述第二电机46输出端通过一个传动轴45与第二蜗杆44连接以带动第二蜗杆44转动，所述第二壳体43内部设有第二控制器47，且机器人控制系统通过所述第二控制器47控制所述第二电机46转动，所述第二控制器47为本领域公知技术且为市购产品。

如图4～6所示，本实施例共设有三个击发块49，另外所述灭火装置2中设有三个灭火炮25，第一击发块491和第三击发块493分别用于触发两侧的灭火炮25，而第二击发块492用于触发中间的灭火炮25，如图6所示，沿着击发轴杆48的轴向看去，第一击发块491、第二击发块492和第三击发块493沿着圆周方向均布，灭火时击发驱动组件驱动击发轴杆48转动一个设定角度，以使第一击发块491按下第一个灭火炮25的击发开关27，第一个灭火炮25启动灭火，当机器人系统控制击发轴杆48再次转动设定角度时，第二击发块492按下第二个灭火炮25的击发开关27，第二个灭火炮25启动灭火，本发明重复上述操作即可实现依次开启各个灭火炮25的目的。所述灭火炮25为本领域公知技术且为市购产品。

如图5所示，所述灭火装置2包括固定座21和外壳22，所述固定座21上设有带凹槽的固定块24，各个灭火炮25下侧嵌入对应的固定块24中，并通过固定压板26压紧固定，所述固定压板26与对应的固定块24通过螺栓连接，所述外壳22扣置于所述固定座21上，且所述灭火炮25均设于所述外壳22中，如图3所示，所述外壳22上侧设有线槽23用于引线，所述第一壳体36和第二壳体43均与所述外壳22固连，并且所述外壳22两侧设有通孔供所述门盖驱动轴312或击发轴杆48穿过，如图4所示，所述外壳22内设有轴承座，所述击发轴杆48两端分别通过对应的轴承座支撑实现转动。

如图7所示，所述图像处理装置5包括安装座51、红外探照灯53、红外摄像头55和双目摄像机56，其中安装座51顶端设有双目摄像机56，安装座51两侧设有红外探照灯53，所述红外探照灯53内部装配有红外灯点54，安装座51的前表面中部设有红外摄像头55，安装座51的底端设有防震凝胶座52，所述防震凝胶座52安装于所述灭火装置2的外壳22上侧。所述红外探照灯53、红外摄像头55和双目摄像机56均为本领域公知技术且为市购产品，其中红外摄像头55和双目摄像机56传输出的图像数据可以通过机器人系统控制器及其配备的识别系统和处理系统对图像进行智能AI处理，以能够将图片内容锐化识别与周围情况不同的范围并根据图像的位置距离传输出电信号以辅助控制其他设备，从而实现识别、校准、分析火点位置的目的。

红外摄像头55的最小探测范围以隧道的最高点到地面的绝对距离h为基准，其最小探测范围为

本发明可根据不同隧道的规模情况选择合适的红外摄像头55，但红外摄像头55最小使用规格为本发明中规定的范围，根据选用的不同设备，红外摄像头55探测范围具体可以达到0.3米到2000米之间，也可以使用更高精度的红外摄像头55在一些特殊情况下达到更大的范围，红外摄像头55的检测距离＝被测目标÷IFOV，IFOV越小，可以测的距离越远，IFOV指在单位测试距离下，红外热像仪每个像素能够检测到Min目标(面积),以mRad为单位，是一个主要由像素和所选镜头角度所决定的综合性参数，是热像仪处理空间细节能力的技术指标，在需要高精度的情况下时，则采用IFOV值更低的设备。

双目摄像机56的最小探测范围以隧道的最高点到地面的绝对距离h为基准，双目摄像机56的最小探测范围为

本发明根据不同隧道规模情况选择合适的双目摄像机56，但双目摄像机56最小使用规格为本发明中规定的范围，根据选用的不同设备，双目摄像机56探测范围具体可以达到0.3米到500米之间，也可以使用更高精度的双目摄像机56在一些特殊情况下达到更大的范围。

如图7所示，所述云台1包括底座11、多个驱动器和多个支臂，其中底座11安装于隧道巡检机器人上，所述底座11的上表面装配有第一驱动器12，所述第一驱动器12输出端装配有第一支臂13，第一支臂13即通过第一驱动器12驱动转动，所述第一支臂13的后端固定装配有第二驱动器14，所述第二驱动器14输出端装配有第二支臂15，第二支臂15即通过第二驱动器14驱动转动，所述第二支臂15的前端装配有第三驱动器16，第四驱动器17安装于所述第三驱动器16上并通过其驱动转动，灭火装置2底端安装于所述第四驱动器17上并通过其驱动转动。所述驱动器可采用舵机等装置，其为本领域公知技术。

本发明的工作原理为：

本发明使用时，隧道巡检机器人在隧道内往复定时定向巡逻，在识别发生火灾后，所述图形处理装置5识别、校准、分析火点位置，并提供信号给隧道机器人控制系统，机器人控制系统通过计算分析设定路径并控制隧道机器人移动至合适位置，然后控制云台1调整所述灭火装置2的位置和方向，云台1调整完毕后，所述自锁门机构3启动使门盖311开启露出灭火喷口，然后击发机构4启动依次触发各个灭火炮25实现灭火功能。

本发明的应急灭火方法具体如下：

隧道巡检机器人设置自动路径巡逻模式，随后定时，定向派遣巡检机器人在隧道内部巡逻，在巡逻的过程中，云台1带动图像处理装置5和灭火装置2向巡检路径距离隧道最远一侧伸出到最大距离，且小于运行的安全距离范围，按照隧道的行走方向进行巡逻，巡逻完成后自动沿反向路径巡逻归位。

当图像处理装置5利用红外摄像头55探测到隧道内温度异常时，红外摄像头55结合机器人控制系统识别温度高的点位，随后机械人系统控制云台1启动，将红外摄像头55和双目摄像机56对准至异常点位，并报警识别警情。

识别为火灾警情或者单点温度异常时，根据探测识别的温度范围确定处理方案并自动上报，并且判断为已燃警情时，机械人控制系统根据图像处理装置5检测情况控制隧道机器人移动至合适位置并预设灭火炮25的弹道方向，然后根据弹道方向利用云台1调整灭火装置2位置，云台1调整完毕后自锁门机构3启动使门盖311开启露出灭火喷口，然后击发机构4启动依次触发各个灭火炮25发射灭火剂，然后识别现场结果并上报，若火灾解除退出隧道，若火灾未解除则原地监控并等待其他救援。

Claims (10)

1.一种隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：包括云台(1)、灭火装置(2)、自锁门机构(3)、击发机构(4)和图像处理装置(5)，其中灭火装置(2)安装于云台(1)上，且所述灭火装置(2)一侧设有自锁门机构(3)，另一侧设有击发机构(4)，所述灭火装置(2)上侧设有图像处理装置(5)，所述自锁门机构(3)包括门盖(311)和门盖驱动组件，灭火装置(2)一侧形成灭火喷口，且所述门盖(311)盖住所述灭火喷口并通过所述门盖驱动组件驱动转动，所述击发机构(4)包括击发轴杆(48)和击发驱动组件，且所述击发轴杆(48)通过所述击发驱动组件驱动转动，所述击发轴杆(48)上设有多个击发块(49)，且各个击发块(49)沿着击发轴杆(48)圆周方向布置，所述灭火装置(2)内部设有带击发开关(27)的灭火炮(25)，且所述击发轴杆(48)转动时，所述击发开关(27)通过对应的击发块(49)压下触发。

2.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：所述灭火装置(2)一侧设有第一壳体(36)，所述门盖驱动组件设于所述第一壳体(36)中，所述门盖驱动组件包括第一电机(35)、第一蜗杆(34)、第一齿轮(32)和门盖驱动轴(312)，其中第一蜗杆(34)通过第一电机(35)驱动转动，第一齿轮(32)与第一蜗杆(34)啮合，并且第一齿轮(32)套设于所述门盖驱动轴(312)上，所述门盖(311)通过所述门盖驱动轴(312)驱动翻转。

3.根据权利要求2所述的隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：所述第一壳体(36)一端设有第一减速机壳(31)，所述第一蜗杆(34)、第一齿轮(32)和门盖驱动轴(312)均设于所述第一减速机壳(31)中，所述第一壳体(36)内部设有第一控制器(37)；所述门盖(311)上侧通过主动摆臂(38)和从动摆臂(39)与灭火装置(2)铰接，其中所述主动摆臂(38)通过所述门盖驱动轴(312)驱动转动。

4.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：所述灭火装置(2)一侧设有第二壳体(43)，所述击发驱动组件设于所述第二壳体(43)中，所述击发驱动组件包括第二电机(46)、第二蜗杆(44)和第二齿轮(42)，其中第二蜗杆(44)通过第二电机(46)驱动转动，第二齿轮(42)与第二蜗杆(44)啮合，且第二齿轮(42)套设于击发轴杆(48)一端。

5.根据权利要求4所述的隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：所述第二壳体(43)一端设有第二减速机壳(4)，所述第二蜗杆(44)、第二齿轮(42)均设于所述第二减速机壳(4)中，所述第二壳体(43)内部设有第二控制器(47)。

6.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：所述灭火装置(2)包括固定座(21)和外壳(22)，所述外壳(22)扣置于所述固定座(21)上，灭火炮(25)固定于所述固定座(21)上并设于所述外壳(22)中，所述自锁门机构(3)和击发机构(4)均安装于所述外壳(22)上，所述外壳(22)上侧设有线槽(23)。

7.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：所述云台(1)包括底座(11)、多个驱动器和多个支臂，其中底座(11)安装于隧道巡检机器人上，所述底座(11)的上表面装配有第一驱动器(12)，所述第一驱动器(12)输出端装配有第一支臂(13)，所述第一支臂(13)后端固定装配有第二驱动器(14)，所述第二驱动器(14)输出端装配有第二支臂(15)，所述第二支臂(15)前端装配有第三驱动器(16)，且第四驱动器(17)安装于所述第三驱动器(16)输出端，灭火装置(2)底端安装于所述第四驱动器(17)的输出端。

8.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人用灭火机构，其特征在于：所述图像处理装置(5)包括安装座(51)、红外探照灯(53)、红外摄像头(55)和双目摄像机(56)，其中安装座(51)顶端设有双目摄像机(56)，安装座(51)两侧设有红外探照灯(53)，所述红外探照灯(53)内部装配有红外灯点(54)，安装座(51)的前表面中部设有红外摄像头(55)，安装座(51)的底端设有防震凝胶座(52)，且所述防震凝胶座(52)安装于所述灭火装置(2)上侧。

9.一种根据权利要求8所述的隧道巡检机器人用灭火机构的应急灭火方法，其特征在于：隧道巡检机器人巡逻过程中，图像处理装置(5)实时对隧道进行检测，当红外摄像头(55)探测到隧道内温度异常时，云台(1)启动调整红外摄像头(55)和双目摄像机(56)对准至异常点位识别警情，判断为已燃警情时，机械人控制系统根据图像处理装置(5)检测情况控制隧道机器人移动并预设灭火炮(25)的弹道方向，然后控制云台(1)调整灭火装置(2)位置，云台(1)调整完毕后自锁门机构(3)启动使门盖(311)开启，然后击发机构(4)启动依次触发各个灭火炮(25)发射灭火剂。

10.根据权利要求9所述的隧道巡检机器人用灭火机构的应急灭火方法，其特征在于：隧道的最高点到地面的绝对距离为h，所述红外摄像头(55)最小探测范围为

所述双目摄像机(56)的最小探测范围为

Images