CN208003298U - 移动消防机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种移动消防机器人系统，由电源转换系统、信息采集系统、通讯系统和驱动控制系统四大部分组成。根据本实用新型所述的传动机构，对常用水炮进行改造，分别增加水平和垂直方向绝对值编码器，精确定位炮口位置，配合火源检测模块和压力表，自动规划灭火方式和路径，提高了系统自主性。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能机器人领域，具体涉及一种移动消防机器人系统。
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。此类灾害具有突发性强、危害巨大、防治困难等特点，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。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，及时对灾情做出科学判断，并对灾害事故现场工作做出正确、合理的决策。
目前，市面上现有的机器人系统大多根据采集回来的信息，分析判断火势情况后再通过遥控器下发命令控制灭火行为，实时性差、自主性低、安全可靠性低。本发明设计的一键展开和收回功能使机器人进入火场后能够迅速进入灭火状态以及灭火结束后迅速撤离，增加了恶劣紧急火场环境下系统的实时性。一键返航功能在机器人遇到恶劣危险环境下迅速停止前进并撤回，避免机器人遭到损坏，保证了安全性。目前市面上常用的消防水炮只有机械限位开关，不具备精确定位功能，需要人为控制水炮，没办法自主灭火。
有鉴于此，需要对现有技术进行改进，以满足目前对智能消防机器人装置的使用要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种移动消防机器人系统，对常用水炮进行改造，分别增加水平和垂直方向绝对值编码器，精确定位炮口位置，配合火源检测模块和压力表，自动规划灭火方式和路径，提高了系统自主性。
为实现上述目的，实用新型提供如下技术方案：
一种移动消防机器人系统，由电源转换系统、信息采集系统、通讯系统和驱动控制系统四大部分组成。
进一步的，电源转换系统将48V动力锂电池组直流降压成外部设备需要的各种电源，完成对内部模块的供电需求，48V电池先给第一控制板上电，然后第一控制板通过控制信号控制外设供电通断。
进一步的，信息采集系统包括摄像头，拾音器，火源检测模块，温度传感器，压力传感器，倾角传感器和云台角度传感器。
进一步的，通讯系统包括485通讯，CAN通讯，无线通讯和以太网四种方式。
进一步的，驱动控制系统包括底盘驱动器和电机，摆臂驱动器和电机，电磁阀喷淋系统，云台和水炮。
附图说明
图1是本实用新型提供的移动消防机器人系统的系统框图；
图2是本实用新型提供的电源转换系统框图；
图3是本实用新型提供的信息采集系统框图；
(注意：附图中的所示结构只是为了说明实用新型特征的示意，并非是要依据附图所示结构。)
具体实施方式
如图1所示，根据本实用新型所述的移动消防机器人系统，由电源转换系统、信息采集系统、通讯系统和驱动控制系统四大部分组成。
其中，如图2所示，电源转换系统将48V动力电池组9直流降压成外部设备需要的各种电源，如24V、12V、5V，完成对内部模块的供电需求。48V电池先给第一控制板13上电，然后第一控制板13通过控制信号控制外设供电通断，保证了系统的安全性和稳定性。
如图3所示，信息采集系统包括摄像头20、21，拾音器23，火源检测模块1，温度传感器8，压力传感器5，倾角传感器22和云台角度传感器6。
所述摄像头预留USB和MIPI CSI两种接口方式，可适用于不同类型的摄像头，云台11高清摄像头搭配车体前后配备聚焦灯的摄像头，实现火灾现场全方位、无死角实时监控，并且本体程序会周期性检查是否存在有效个数的video设备，若有设备缺失会提示异常信息。
所述的压力传感器5对水压进行实时监测。所述的拾音器23能够实时监听火场的情况，以便人不在火灾现场的情况下做出科学的判断和决策。搭配喇叭24和声光报警灯3，实现火灾现场危险警示和人员快速疏散。
所述的火源检测模块1能够迅速定位火源位置和大小。所述的温度传感器8可以检测火灾现场的环境温度和车体的温度，便于了解现场情况和及时开启自喷淋降温系统。
所述的倾角传感器22用于采集机器人车体的倾斜角度。所述的云台角度传感器6精确采集云台水平和垂直位姿。
通讯系统主要包括485通讯，CAN通讯，无线通讯，以太网四种方式。
进一步的，第一控制板13通过485串口通讯读取电池组9电压、电流和温度信息，读取云台11的俯仰和水平位姿并控制云台11上下俯仰等动作，控制水炮12动作，读取压力传感器5压力信息。
进一步的，摆臂电机驱动器14、底盘电机驱动器16和第二控制板19之间，第一控制板13和第二控制板19之间采用CAN总线通讯方式。相比较与RS-485的主从结构、主站轮询的方式，CAN数据通信实时性更高。并且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态的情况。保证了对机器人本体控制的实时性和稳定性。
进一步的，第二控制板19和遥控器27之间通过无线网桥25、 26，进行点对点无线图像和命令传输，通讯内容包括遥控端下发的控制命令、本体返回的状态信息以及多路流媒体数据。本体程序会周期性检查遥控器27下发的心跳包，若1秒内没有收到心跳数据包，则会自动停止所有电机第一15、第二17的运动。同时第二控制板19 和遥控器27之间还预留有线连接，当网桥25、26工作异常或者在某些无法使用无线通讯的特殊环境下，可以采用本体携带的通讯电缆与遥控器27进行长距离的有线通讯，实现各项运动控制。
进一步的，云台11摄像头采集的图像，第二控制板19，遥控器 27控制预留的有线通讯，无线网桥25、26的连接都采用以太网连接方式。
驱动控制系统包括底盘电机驱动器16和第二电机17，摆臂电机驱动器14和第一电机15，电磁阀喷淋系统2，云台11和水炮12。
进一步的，机器人采用履带式，通过离合器控制7切换高低档，实现机器人高低速爬行。底盘和摆臂电机驱动器14、16都具有 STO(Safe Torque Off)安全系统，能够对电动机的运行状态进行监控，当配合执行电动机的某一功能故障或一旦出现危险状况时，便激活安全功能切断功率部分电源，使第一电机15、第二电机17平稳过渡到停止状态，确保人身安全，同时STO还防止驱动器意外启动而造成的人身伤亡或机器损坏。
所述的电磁阀喷淋系统2是在机器人本体上实现自动降温喷淋，当检测到车体温度过高时，第一控制板13启动自喷淋，为机器人迅速降温，保证电池和车体维持在正常的工作温度范围内。所述的云台 11内部有两个直流电机，分别负责云台11的上下和左右的转动，俯仰角度-90°到+90°，水平360°连续旋转。所述的水炮12采用直流和雾化两种灭火方式，可根据实际情况自由选择。上，下，左，右各个方向运动，各个方向分别设置有限位开关，到达限位开关位置自动停止运动。同时具有自摆模式，可以在无人操作的情况下，维持不同角度的自由摆动灭火模式。
智能灭火系统包含一键展开和收回、一键返航、自主灭火功能：
一键展开和收回功能是将云台、水炮等外设提前设置预置位，在火势紧急的情况下，进入火灾现场后，云台水炮等外设迅速进入预设状态，开始灭火，无需分别单独设置外设状态。当机器人完成任务，外设迅速进入预设收回状态，便于快速退出火灾现场。
一键返航功能在机器人前方遇见紧急情况或者倾角传感器检测到机器人倾斜角度过大等不适合机器人继续前进运行的情况下，迅速纠正转速和方向，以原先相反速度和方向运行，避免消防机器人遭受不必要的损伤。
自主灭火功能通过压力表、火源检测模块以及水炮三者的配合实现。通过对市面上常用的消防水炮进行改造，在水平和垂直方向分别增加绝对值编码器，精确定位水炮喷口的位置，并结合火源检测模块定位的火源位置以及实际测量的水压值，自动调节水炮俯仰角度，选择直流或雾化灭火方式，开启不同角度自摆模式，实现自主灭火功能。
根据本实用新型所述的移动消防机器人系统，与传统的消防机器人相比，具有以下特点：
(1)具备的一键展开和收回、一键返航、自主灭火等智能灭火功能，提高了消防机器人在火灾现场控制的实时性、系统的安全性、灭火的自主性。
(2)自诊断和故障信息提示功能，对系统通讯状况和摄像头图像采集情况进行实时监控，有利于快速发现和解决故障。
(3)电机驱动器STO(Safe Torque Off)控制功能实时监控电机的运行状态，当出现故障或危险状况时，迅速切断功率部分电源，平稳过渡到停止状态，同时可以防止驱动器意外启动，确保人身安全和防止机器损坏。
(4)具有功能多、可靠性高、易扩展、易维修保养的特点。
以上所述，仅为实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定实用新型的保护范围，凡在实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种移动消防机器人系统，由电源转换系统、信息采集系统、通讯系统和驱动控制系统四大部分组成，其特征在于：
电源转换系统将48V动力电池组(9)直流降压成外部设备需要的电源，完成对内部模块的供电需求，48V电池先给第一控制板(13)上电，然后第一控制板(13)通过控制信号控制外设供电通断；
信息采集系统包括摄像头(20、21)，拾音器(23)，火源检测模块(1)，温度传感器(8)，压力传感器(5)，倾角传感器(22)和云台角度传感器(6)；
通讯系统包括485通讯，CAN通讯，无线通讯和以太网四种方式；
驱动控制系统包括底盘电机驱动器(16)和第二电机(17)，摆臂电机驱动器(14)和第一电机(15)，电磁阀喷淋系统(2)，云台(11)和水炮(12)。
2.根据权利要求1所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
所述的压力传感器(5)对水压进行实时监测，拾音器(23)实时监听火场的情况，搭配喇叭(24)和声光报警灯(3)，实现火灾现场危险警示和人员快速疏散。
3.根据权利要求2所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
火源检测模块(1)能够定位火源位置和大小，所述的温度传感器(8)可以检测火灾现场的环境温度和车体的温度。
4.根据权利要求3所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
所述的倾角传感器(22)用于采集机器人车体的倾斜角度，所述的云台角度传感器(6)精确采集云台水平和垂直位姿。
5.根据权利要求4所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
第一控制板(13)通过485串口通讯读取电池组(9)电压、电流和温度信息，读取云台(11)的俯仰和水平位姿并控制云台(11)上下俯仰动作，控制水炮(12)动作，读取压力传感器(5)压力信息。
6.根据权利要求5所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
摆臂电机驱动器(14)、底盘电机驱动器(16)和第二控制板(19)之间，以及第一控制板(13)和第二控制板(19)之间采用CAN总线通讯方式。
7.根据权利要求6所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
第二控制板(19)和遥控器(27)之间通过无线网桥(25、26)进行点对点无线图像和命令传输。
8.根据权利要求6所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
云台(11)摄像头采集的图像，第二控制板(19)，遥控器(27)控制预留的有线通讯以及无线网桥(25、26)的连接都采用以太网连接方式。
9.根据权利要求6所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
驱动控制系统包括底盘电机驱动器(16)和第二电机(17)，摆臂电机驱动器(14)和第一电机(15)，电磁阀喷淋系统(2)，云台(11)和水炮(12)。
10.根据权利要求6所述的移动消防机器人系统，其特征在于：
机器人采用履带式，通过离合器控制(7)切换高低档。
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