CN116712700A - 一种无人驾驶高空消防车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人驾驶高空消防车。所述无人驾驶高空消防车底盘系统、水管对接系统、电源系统、举升系统、喷水系统、导航系统和控制系统，所述导航系统安装在所述底盘系统上；所述水管对接系统上设有用于与消防栓对接的第一水管接头，所述水管对接系统设置在所述底盘系统的一端，所述电源系统设置在所述底盘系统的另一端；所述喷水系统通过所述举升系统升降设置在所述底盘系统上，所述喷水系统上设有涡扇炮；所述底盘系统、水管对接系统、电源系统、举升系统、喷水系统和导航系统与所述控制系统电连接；所述第一水管接头通过水管与涡扇炮相连。本发明可远程控制，很大程度的提高了消防人员的安全性。

Description

一种无人驾驶高空消防车

技术领域

本发明涉及消防设备技术领域，尤其涉及一种无人驾驶高空消防车。

背景技术

火灾发生时，消防系统为灭火必不可少的工具。现有的消防车通常配备司机以及救险人员，在出现火情时，需要司机驾驶消防车到火场周边，然后救险人员取出消防水枪、拉出水带进行灭火，等火扑灭后，再操纵云梯对高处的受难人员进行救援。

且现有的消防车较为普遍的是大型底盘搭载形成。因城市道路狭窄，往往一些老旧小区没有规划小车停车位，使得该小区的道路经常被停车占用，导致消防车无法同行。此时，要么联系相关人员将小车移走，要么使用具有底轮的千斤顶工具，将小车挪走。无论哪种方式，都将延误火险救援的时间，且救援效率等不到保证。

另外，有些灭火的工作需要进入火灾现场，并完全依靠救险人员的经验以及体力进行救援，且消防人员进入现场，势必增加其危险性。

因此，有必要提供一种小型化的、智能的自主移动式消防车。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能解决上述问题的无人驾驶高空消防车。

本发明的技术方案是：一种无人驾驶高空消防车包括底盘系统、水管对接系统、电源系统、举升系统、喷水系统、导航系统和控制系统，所述导航系统安装在所述底盘系统上，使所述底盘系统通过所述导航系统按指定路线行驶；所述水管对接系统上设有用于与消防栓对接的第一水管接头，所述水管对接系统设置在所述底盘系统的一端，且所述第一水管接头在垂直于底盘系统的长度方向上自主位移；所述电源系统设置在所述底盘系统的另一端；

所述喷水系统通过所述举升系统升降设置在所述底盘系统上，所述喷水系统上设有涡扇炮，所述喷水系统使所述涡扇炮具有俯仰、水平旋转和倾斜旋转自由度；

所述底盘系统、水管对接系统、电源系统、举升系统、喷水系统和导航系统与所述控制系统电连接；所述第一水管接头通过水管与涡扇炮相连。

优选的，所述举升系统的升降动作使所述喷水系统具有第一种状态和第二种状态，在第一种状态时，所述涡扇炮的底部与底盘系统的上端面齐平，在第二种状态时，所述涡扇炮在举升系统的升高的最大行程内处于任意的位置。

优选的，所述底盘系统包括底架、转向机构、支腿和车轮，所述车轮通过车轴安装在所述底架上，所述支腿在所述底架的四周竖向伸缩设置，所述车轮的转向通过转向机构采用的电动推杆和行驶采用的差速的方式实现。

优选的，所述喷水系统包括回转平台、回转机构、安装斜盘、旋转装置和俯仰驱动件，所述回转平台设在所述举升系统的上端，所述安装斜盘的底部为与所述回转平台通过回转机构转动连接的平面，所述安装斜盘的顶部为向一侧倾斜的斜面，所述斜面通过所述旋转装置安装所述涡扇炮，所述俯仰驱动件连接旋转装置和涡扇炮。

优选的，所述水管对接系统包括轨道、机械臂、3D视觉装置，所述轨道在底盘系统的端部沿垂直于底盘系统的长度方向延伸，所述机械臂滑动设于所述轨道上，且所述机械臂的末端设有所述第一水管接头和3D视觉装置，所述3D视觉装置与所述机械臂和控制系统电连接。

优选的，所述水管对接系统还包括用于将第一水管接头以旋转的方式与消防栓连接的伺服电机，所述伺服电机安装在机械臂的末端。

优选的，所述消防栓上设有用于提供水源的第二水管接头和用于提供电源的航空接头，所述第二水管接头用于与第一水管接头对接；所述水管对接系统还包括设置在第一水管接头旁侧的插头，所述航空接头与所述插头插装。

优选的，所述导航系统包括运动控制器、射频传感器、磁导航传感器和惯导传感器；所述惯导传感器用于控制底盘系统按指定路线行驶，所述磁导航传感器用于修正所述底盘系统行驶路线的精度；在底盘系统的行驶路线上布设多个与所述射频传感器感应的磁钉，所述磁钉与射频传感器电连接，以修正底盘系统的行驶偏差；所述运动控制器通过所述射频传感器、磁导航传感器和惯导传感器实时获取底盘系统的位姿偏差，对底盘系统行驶过程实时纠偏。

优选的，所述导航系统还包括在所述水管对接系统的前端及电源系统的后端设置的超声波避障装置和安全触边，所述超声波避障装置与所述磁钉和惯导传感器电连接，所述安全触边与所述底盘系统的动力单元电连接。

优选的，所述控制系统包括用以驱动所述底盘系统动作的电机控制系统，所述电机控制系统包括行走电机、动力单元、行走电机控制器、VCU控制器，所述行走电机控制器用以控制所述行走电机动作，所述行走电机与所述底盘系统驱动连接；所述VCU控制器用以控制所述动力单元动作，所述动力单元与所述举升系统驱动连接；所述VCU控制器与所述行走电机控制器电连接。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、所述无人驾驶高空消防车可按需要的尺寸设计底盘系统，缩小整车尺寸，能较好应用在狭小道路中穿梭行驶，积极响应灭火；

二、通过喷水系统使所述涡扇炮具有俯仰、水平旋转和倾斜旋转自由度，扩大水炮调节范围，更好的将涡扇炮对准火险位置，实现高效灭火；

三、所述无人驾驶高空消防车采用自主移动、自动水管对接、自动抬升并调整喷水系统位置，消防人员可远程控制，很大程度的提高了消防人员的安全性；

四、所述无人驾驶高空消防车可实现：消防人员将火灾信息发送给无人驾驶高空消防车，无人驾驶高空消防车接收到灭火点的位置信息后，自动行驶至灭火点进行自动灭火处理。

附图说明

图1为本发明提供的无人驾驶高空消防车的一种视角的结构示意图；

图2为本发明提供的无人驾驶高空消防车的另一种视角的结构示意图；

图3为本发明提供的无人驾驶高空消防车的仰视结构示意图；

图4为本发明提供的无人驾驶高空消防车的正视结构示意图；

图5为底盘系统的结构示意图。

附图中：1、底盘系统；11、底架；12、转向机构；121、电动推杆；122、伺服驱动器；13、支腿；14、车轮；15、安装平台；2、水管对接系统；21、轨道；22、机械臂；23、3D视觉装置；24、伺服电机；25、第一水管接头；26、插头；

3、电源系统；4、举升系统；5、喷水系统；51、回转平台；52、回转机构；53、安装斜盘；54、旋转装置；55、俯仰驱动件；56、涡扇炮；6、导航系统；61、射频传感器；62、磁导航传感器；63、惯导传感器；64、超声波避障装置；65、安全触边；7、水管；8、消防栓；81、航空接头；82、第二水管接头。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1、图2所示，本实施例提供的一种无人驾驶高空消防车包括底盘系统1、水管对接系统2、电源系统3、举升系统4、喷水系统5、导航系统6、控制系统和水管7。

如图1、图5所示，所述底盘系统1包括底架11、转向机构12、支腿13和车轮14。所述车轮14通过车轴安装在所述底架11上，所述支腿13在所述底架11的四周竖向伸缩设置。所述支腿13可选用油缸(不限于油缸)做支撑，并在每个支腿13上设置一个限位开关。当支腿13伸展至于地面接触时，油缸继续伸展，道东支腿13向上移动，直至触碰限位开关，发送到位信号，停止支腿13继续伸展，此时，整车处于水平状态。所述支腿13设置在车轮14的更外侧，可以提高整车的稳定性，增强安全性。

所述转向机构12包括电动推杆121和用于驱动所述电动推杆121动作的伺服驱动器122。所述电动推杆121的两端与转向轮(可将四个车轮中的同侧两个设置为转向轮)连接。通过所述电动推杆121提高整车转动的精度，且响应快。

所述车轮14的转向通过电动推杆121高精度控制，并结合采用差速行驶，两者相互配合，大幅提高了无人驾驶高空消防车自动行驶的精度。

如图5所示，所述底架11的两端均延伸设置安装平台15。

如图1、图2所示，所述水管对接系统2安装在底架11一端的安装平台15上。所述水管对接系统2包括轨道21、机械臂22、3D视觉装置23、伺服电机24、第一水管接头25和插头26。所述轨道21沿垂直于底盘系统1的长度方向延伸。所述机械臂22滑动设于所述轨道21上，且所述机械臂22的末端连接有伺服电机24的外筒，所述伺服电机24的电机轴与所述第一水管接头25相连，所述机械臂22临近第一水管接头25的顶部设有3D视觉装置23，所述3D视觉装置23与所述机械臂22和控制系统电连接。所述插头26集成设置在第一水管接头25的旁侧，其通过电线缆与整车控制系统电连接。

如图1所示，所述消防栓8上设有用于提供水源的第二水管接头82和用于提供电源的航空接头81。当无人驾驶高空消防车行驶至灭火点附近的消防栓8的附近，机械臂22沿轨道21平移并靠近消防栓8。再通过所述3D视觉装置23捕捉消防栓8上的第二水管接头82和航空接头81的位置，驱动机械臂22将第一水管接头25与第二水管接头82对接，将插头26与航空接头81以公母对接的方式插装。再启动伺服电机24，使第一水管接头25旋转并与第二水管接头82锁紧，完成无人驾驶高空消防车的水管7与消防栓8的水源对接，控制系统与消防栓8的电连接。所述水管7与第一水管接头25和涡扇炮56连接。

所述机械臂22与轨道21相互配合，进一步增加了机械臂22的自由度，增加其动作范围，大大提高第一水管接头25与航空接头81对接的准确度和成功率。且通过伺服电机24控制第一水管接头25旋转，当第一水管接头25与航空接头81锁紧后，伺服电机24可以继续工作，继续维持锁紧力矩，避免第一水管接头25与航空接头81松动、脱落。第一水管接头25通过水管7与涡扇炮56连通。

所述电源系统3为蓄电池，只为无人驾驶高空消防车的行走及机械臂22提供动力源。消防车其它控制系统的动力源则有消防栓8提供。机械臂22在进行消防栓8上的航空接头81与插头26对接后，消防栓8便可为消防车提供电源。由此，可减少蓄电池的容量，减低成本，增强消防车的灵活性。另外，连接插头26和控制系统的电线缆可采用收卷的方式设置在底架11上，跟随消防车的移动一同收放动作，灵活性更高。

所述举升系统4的底部安装在底架11上，所述举升系统4的顶部与喷水系统5连接。所述举升系统4的升降动作使所述喷水系统5具有第一种状态和第二种状态：在第一种状态时，所述涡扇炮56的底部与底架11的上端面齐平，使涡扇炮56降为最低，缩小外形尺寸，便于行走；在第二种状态时，所述涡扇炮56在举升系统的升高的最大行程内处于任意的位置。在本实施例中，所述举升系统4可选用剪叉式结构，通过举升油缸驱动其升降。通过举升油缸的启停，使剪叉结构的举升系统4可停止在最大行程内的任意位置内，便于灭火位置的适用性调节。

如图2、图4所示，所述喷水系统5包括回转平台51、回转机构52、安装斜盘53、旋转装置54、俯仰驱动件55和涡扇炮56。所述回转平台51设在所述举升系统4的上端，所述安装斜盘53的底部为与所述回转平台51通过回转机构52转动连接的平面。所述安装斜盘53的顶部为向一侧倾斜的斜面，所述斜面通过所述旋转装置54安装所述涡扇炮56。所述旋转装置54采用轨道电机，同时带有集成制动器和变速箱，可以控制整个涡扇炮56的旋转。

所述俯仰驱动件55由两个油缸和液压单元组成，两个油缸在远离涡扇炮56的炮口的一端与旋转装置54和涡扇炮56连接。所述俯仰驱动件55能控制涡扇炮56的俯仰动作。

所述涡扇炮56的进水口与水管7相连，提供消防水雾的喷射。所述涡扇炮56喷射的介质不限于水，还可以为其它灭火介质。所述俯仰驱动件55和旋转装置54相互配合，提升涡扇炮56的喷射范围。同时，安装斜盘53和回转机构52的组合设计，进一步提升涡扇炮56的喷射范围，大大提高灭火效率。

如图3所示，所述导航系统6包括运动控制器、射频传感器61、磁导航传感器62、惯导传感器63、超声波避障装置64和安全触边65。所述惯导传感器63主要负责无人驾驶高空消防车的航向调控，控制无人驾驶高空消防车安装指定路线行驶。所述磁导航传感器62主要负责辅助修正无人驾驶高空消防车行驶路径的精度。

在无人驾驶高空消防车的起始位置、每个消防栓8的灭火位置、行驶路径转弯位置、行驶路径中间隔布置磁钉辅助导航，补偿所述惯导传感器63在恶劣天气等特殊环境下卫星定位漂移导致车辆定位出现较大偏差时出现的航向偏移，确保无人驾驶高空消防车行驶的可靠性和精确度。

所述射频传感器61通过获取磁钉上记录的位置信息，及时反馈当前无人驾驶高空消防车的位置状态和行驶状态，及时修正自动行驶过程中无人驾驶高空消防车出现的行驶偏差，进一步提高无人驾驶高空消防车自动行驶的可靠性和精确度。

在无人驾驶高空消防车行驶过程中，运动控制器可以通过射频传感器61、磁导航传感器62、惯导传感器63实时获取无人驾驶高空消防车当前的位姿偏差，应用PID算法[比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)，为一种“保持稳定”控制算法],实现无人驾驶高空消防车自动驾驶过程中的实时纠偏，无人驾驶高空消防车导航系统输出为车辆期望的前轮偏角，通过驱动电动推杆121，利用编码器的信息反馈将车轮14转向到期望偏角。

所述超声波避障装置64安装在设置水管对接系统2的安装平台15的前端和设置电源系统3的安装平台15的后端。所述超声波避障装置64主要用于实时检测无人驾驶高空消防车前方的障碍物，对不同雷达的检测信息进行融合处理，判断无人驾驶高空消防车正前方是否存在障碍物，若存在障碍物，则结合磁钉信息和惯导数据，计算障碍物到无人消防车的距离，并将结果发送给控制模块，及时规避障碍物，保证无人驾驶高空消防车行驶过程中的安全性。

所述安全触边65设置在无人驾驶高空消防车前方和后方，具体安装在设置水管对接系统2的安装平台15的前端，及设置电源系统3的安装平台15的后端。当超声波避障装置64出现故障时，无人驾驶高空消防车未及时检测到障碍物，安全触边65与障碍物接触收到挤压后，无人驾驶高空消防车会触发急停，立即刹车，避免无人驾驶高空消防车与障碍物发生撞击，进一步提高无人驾驶高空消防车的安全性。

无人驾驶高空消防车的导航系统6采用惯导传感器63、磁导航传感器62、射频传感器61三者相互配合，大大提高了无人驾驶高空消防车自动行驶的行驶精度和定位精度，为机械臂22进行自动水管对接提供了精度支撑，提高了无人驾驶高空消防车的可靠性和精准性。可采用面板操作、遥控操作、自动导航三种操作方式的搭配，保障了无人驾驶高空消防车的可靠性和灵活性。所述超声波避障装置64与安全触边65的搭配使用，进一步提高了无人驾驶高空消防车的行驶安全性。

所述控制系统包括电机控制系统、导航系统、主控制系统、中控系统。电机控制系统包括行走电机、动力单元、行走电机控制器、VCU控制器。行走电机控制器控制行走电机运行，实现无人驾驶高空消防车前进和后退。VCU控制器控制动力单元运行，实现举升系统4的升降，同时，VCU控制器控制行走电机控制器，实现VCU控制器同时控制行走电机和动力单元。

所述主控制系统通过主控制器与运动控制器、VCU控制器、伺服驱动器122之间的通信，实现无人驾驶高空消防车所有数据采集、车辆控制与人机交互功能，主控制器通过控制器操作面板对无人驾驶高空消防车进行除行走外的其他功能进行操控，同时，通过面板/遥控/自动切换开关实现无人驾驶高空消防车面板操作、遥控操作、自动导航三种操作方式之间的相互切换，主控制器显示屏可显示故障代码，方便工作人员及时排查并处理故障。

所述中控系统设置在无人驾驶高空消防车设备仓中，当发生火灾时，现场工作人员通过中控系统控制设备仓(设备仓集成在底架11的左右两侧)电动卷帘门打开，同时将灭火点的位置信息发送给主控制系统，主控制系统将位置信息传送至运动控制器，运动控制器与主控制系统相互配合，控制无人驾驶高空消防车自动行驶至灭火点进行灭火工作。

所述无人驾驶高空消防车设置有摄像头，可实时将消防车四周环境反馈给中控系统，方便工作人员实时了解火灾现场情况。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人驾驶高空消防车，其特征在于，包括底盘系统、水管对接系统、电源系统、举升系统、喷水系统、导航系统和控制系统，所述导航系统安装在所述底盘系统上，使所述底盘系统通过所述导航系统按指定路线行驶；所述水管对接系统上设有用于与消防栓对接的第一水管接头，所述水管对接系统设置在所述底盘系统的一端，且所述第一水管接头在垂直于底盘系统的长度方向上自主位移；所述电源系统设置在所述底盘系统的另一端；

所述喷水系统通过所述举升系统升降设置在所述底盘系统上，所述喷水系统上设有涡扇炮，所述喷水系统使所述涡扇炮具有俯仰、水平旋转和倾斜旋转自由度；

所述底盘系统、水管对接系统、电源系统、举升系统、喷水系统和导航系统与所述控制系统电连接；所述第一水管接头通过水管与涡扇炮相连。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述举升系统的升降动作使所述喷水系统具有第一种状态和第二种状态，在第一种状态时，所述涡扇炮的底部与底盘系统的上端面齐平，在第二种状态时，所述涡扇炮在举升系统的升高的最大行程内处于任意的位置。

3.根据权利要求1所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述底盘系统包括底架、转向机构、支腿和车轮，所述车轮通过车轴安装在所述底架上，所述支腿在所述底架的四周竖向伸缩设置，所述车轮的转向通过转向机构采用的电动推杆和行驶采用的差速的方式实现。

4.根据权利要求1所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述喷水系统包括回转平台、回转机构、安装斜盘、旋转装置和俯仰驱动件，所述回转平台设在所述举升系统的上端，所述安装斜盘的底部为与所述回转平台通过回转机构转动连接的平面，所述安装斜盘的顶部为向一侧倾斜的斜面，所述斜面通过所述旋转装置安装所述涡扇炮，所述俯仰驱动件连接旋转装置和涡扇炮。

5.根据权利要求1所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述水管对接系统包括轨道、机械臂、3D视觉装置，所述轨道在底盘系统的端部沿垂直于底盘系统的长度方向延伸，所述机械臂滑动设于所述轨道上，且所述机械臂的末端设有所述第一水管接头和3D视觉装置，所述3D视觉装置与所述机械臂和控制系统电连接。

6.根据权利要求5所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述水管对接系统还包括用于将第一水管接头以旋转的方式与消防栓连接的伺服电机，所述伺服电机安装在机械臂的末端。

7.根据权利要求6所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述消防栓上设有用于提供水源的第二水管接头和用于提供电源的航空接头，所述第二水管接头用于与第一水管接头对接；所述水管对接系统还包括设置在第一水管接头旁侧的插头，所述航空接头与所述插头插装。

8.根据权利要求1所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述导航系统包括运动控制器、射频传感器、磁导航传感器和惯导传感器；所述惯导传感器用于控制底盘系统按指定路线行驶，所述磁导航传感器用于修正所述底盘系统行驶路线的精度；在底盘系统的行驶路线上布设多个与所述射频传感器感应的磁钉，所述磁钉与射频传感器电连接，以修正底盘系统的行驶偏差；所述运动控制器通过所述射频传感器、磁导航传感器和惯导传感器实时获取底盘系统的位姿偏差，对底盘系统行驶过程实时纠偏。

9.根据权利要求8所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述导航系统还包括在所述水管对接系统的前端及电源系统的后端设置的超声波避障装置和安全触边，所述超声波避障装置与所述磁钉和惯导传感器电连接，所述安全触边与所述底盘系统的动力单元电连接。

10.根据权利要求1所述的无人驾驶高空消防车，其特征在于，所述控制系统包括用以驱动所述底盘系统动作的电机控制系统，所述电机控制系统包括行走电机、动力单元、行走电机控制器、VCU控制器，所述行走电机控制器用以控制所述行走电机动作，所述行走电机与所述底盘系统驱动连接；所述VCU控制器用以控制所述动力单元动作，所述动力单元与所述举升系统驱动连接；所述VCU控制器与所述行走电机控制器电连接。