CN215995395U - 新一代自主式智能消防巡视机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新一代自主式智能消防巡视机器人，由底盘行走驱动系统、火源识别系统、中央控制系统、灭火执行机构、视频系统、通信系统、管理和监控系统、分布式火源探测辅助系统和数据云存储平台组成。本机器人的特点在于智能化设计，日常消防巡视采用自主运行模式，当火源识别系统或分布式火源探测装置收到疑似火源信息时，机器人会自主规划最优路线前往疑似起火点，通过对火源识别系统反馈的检测数据进行综合分析确认出现火灾时，机器人即刻向管理和监控终端推送火警信息，同时火源识别系统将跟踪、瞄准火源，自主启动灭火执行机构迅速扑灭火灾。在上述过程中机器人完全无需人工干预，具有自主处理任何突发状况的能力。

Description

新一代自主式智能消防巡视机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种自主消防巡视、灭火的智能化机器人。

背景技术

目前像仓储、图书馆、会展、室内停车场等大面积的室内场所，虽然基本上都按消防要求在建筑物上安装了烟感、红外等火警检测装置，但是检测装置的灵敏度和误报率始终是一对矛盾，因此现实的状况是已经安装的火警检测装置疏于维护基本弃用，日常的消防巡视工作主要还是靠人工完成，而人工巡视是无法做到24小时全区域不间断监控的。

据研究表明，建筑物室内在起火后5－7分钟内是扑救火灾最有利的时机，如果超过此时间，火灾进入猛烈阶段，就只能依赖消防队来灭火。而如何能在火灾初起的5－7分钟内成功发现并迅速扑灭火源，是消防工作的关键和难点。

发明内容

本发明的目在于提供一种自主式智能消防巡视机器人，能够24小时不间断地在大面积的室内场所实施消防巡视和火源检测，在火灾初起的几分钟内成功发现并迅速扑灭火源，为企业解决消防工作的关键点和难点。

本发明提供一种新一代自主式智能消防巡视机器人，包括：

底盘行走驱动系统，设置于消防巡视机器人底部，由SLAM激光雷达、算法主机、电池管理系统和控制模块组成，在所述控制模块的控制下实现地图构建、实时导航、智能避障、路径规划和自动充电。

火源识别系统，设置于消防巡视机器人上部，由紫外探测装置、旋转式红外热源方位探测装置、红外热成像探测装置、激光测距装置、驱动模块和控制模块组成；紫外探测装置用于监测周边有效范围内有无火源信号，并初步确定火源的大致方位；旋转式红外热源方位探测装置用于获得有效监测范围内红外热源的方位角度信息；红外热成像探测装置用于火源的搜索、跟踪、瞄准，实现精准灭火；激光测距装置用于测量火源和消防巡视机器人之间的距离，配合红外热成像探测装置完成火源的精准定位；上述紫外探测装置、旋转式红外热源方位探测装置和红外热成像探测装置组成火源三级探测装置，能有效排除其它红外热源的干扰，防止火警误报。

中央控制系统，用于控制消防巡视机器人、使其各个系统协同运作的工控机，通过RS485或RS232通信接口与底盘行走驱动系统、火源识别系统、灭火执行机构、视频系统以及分布式火源探测辅助系统的接收主机连接。

灭火执行机构，依据中央控制系统发出的指令执行灭火任务，由水系灭火剂储存器、水泵、水泵驱动电机、执行机构电池和喷嘴机构组成；标准喷射距离为25米以内。

视频系统，设置于消防巡视机器人上部的网络摄像头系统，用于监控火警现场的视频、声讯信息。

通信系统，采用无线局域网方式，用于中央控制系统与管理和监控系统、数据云存储平台之间的通信。

管理和监控系统，用户和运营管理者通过该系统对消防巡视机器人的运行情况进行管理和监控，发生火警时，将告警信息以及火警现场的视频、音频直接推送管理和监控系统实现直播，另外由管理和监控系统的监控人员决定是否向当地消防局接警终端推送报警信息。

分布式火源探测辅助系统，布置于消防巡视机器人巡视区域建筑物顶部，利用总线控制器分别连接多个分布式传感器和一个无线数据传输模块，分布式传感器由紫外晶体管、传感器驱动模块、主机模块和总线通信及供电模块组成；当分布式传感器探测到火源信号时，通过总线控制器、无线数据传输模块将信号发送至机器人本体的接收主机，接收主机将信号反馈中央控制系统。

数据云存储平台，用于接收、存储消防巡视机器人收集到的火警信息分析结果以及现场视频、语音信息，供管理和监控系统调用，能够实现视频回放。

进一步，所述底盘行走驱动系统通过立柱安装有第一层载物托盘，第一层载物托盘用于安装灭火剂储存器与水泵的连接水管，所述灭火执行机构的水泵、水泵驱动电机、执行机构电池，中央控制系统工控机，以及分布式火源探测辅助系统的接收主机均安装在第二层载物托盘上，所述第二层载物托盘和所述第一层载物托盘之间靠立柱进行连接。

进一步，所述底盘行走驱动系统驱动轮为轮毂电机式驱动轮。

进一步，所述灭火执行机构使用了自有知识产权的水泵，所述水泵具有流量大、压力大的优势，能够有效提升灭火剂喷射射程和灭火效果，同时使机器人实现小型化、轻量化成为可能。

进一步，所述灭火执行机构使用水系灭火剂，所携带灭火剂的容量不少于15升，灭火剂储存器的注水口设置在机器人外壳，能够迅速补充灭火剂。

进一步，所述消防巡视机器人还包括警示灯，用于消防巡视机器人自身状况和出现火警时进行视讯告警。

进一步，所述消防巡视机器人还包括语音播放装置，用于发生火警时播放告警音，使机器人本体能够与监控终端实现音频实时双向传输。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

a)实现智能化的自主运行。现有技术非常依赖通信系统，机器人是根据后台系统发出的控制指令运行，一旦通信系统中断，机器人的状况信息和火情信息无法通过无线网络发送给后台系统，而后台系统也无法发出控制指令指挥机器人完成灭火任务。本发明所述机器人的运行是由设置在本体的底盘行走驱动系统和中央控制系统协同控制，即使现场的通信系统因故中断，消防巡视和灭火任务均能正常执行，而且机器人本体的火警铃音会正常发出示警，唯一受影响的是告警以及现场视频信息无法通过管理和监控系统向外界推送。

b)采用分布式火源探测辅助系统，实现了全区域火源监控，系统自带无线数据传输模块，能够将疑似火源信号直接发送至机器人本体，供中央控制系统处理。该辅助系统能够提高火源探测效率，缩短消防巡视机器人识别、处理火警所需时间。

c)智能化的最优路线规划。当分布式火源探测辅助系统探测到疑似火源，而火源地点离机器人当时所在位置较远时，本发明所述机器人具有规划最优路线的能力，能自主选择距离最近、无障碍的最佳路线，以最短的时间到达疑似火源所在位置。现有技术中最优路线的选择基本上是由人工完成，由人工在后台系统指定最佳路线，机器人根据后台系统指令前往指定地点。

d)火源识别系统智能化的瞄准、跟踪功能。本发明所述火源识别系统一旦搜索到火源，即使机器人和火源之间出现相对移动，红外摄像头会始终锁定、跟踪火源，只要定义的技术状态满足，无论机器人处于停止或行走状态，灭火执行机构都能够在中央控制系统的控制下启动，扑灭火灾。现有技术只能做到当机器人处于停止状态下时，才能瞄准火源、执行灭火任务。

e)现有技术灭火执行机构基本上是直接采用标准的简易式灭火器，简易式灭火器所携带灭火剂容量少，喷射距离不超过10米。本发明所述灭火执行机构携带灭火剂的容量不少于15升，喷射距离最远能达到25米，能扑灭面积较大、位于高处或距离较远无法靠近的火源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例的消防巡视机器人组成图；

图2本发明实施例的消防巡视机器人本体结构示意图；

图3本发明实施例的消防巡视机器人本体内部结构示意图。

图中，1-火源识别系统，2-灭火执行机构，3-中央控制系统，4-底盘行走驱动系统，5-视频系统，6-分布式火源探测辅助系统，7-通信系统，8-数据云存储平台，9-管理和监控系统，10-机器人本体，11-第一层载物托盘，12-第二层载物托盘，101-旋转式红外热源方位探测装置，102-红外热成像探测装置，103-紫外探测装置，104-激光测距装置，501-摄像头，201-水系灭火剂储存器，202-喷嘴机构，203-水泵，204-水泵驱动电机，205-执行机构电池，301-工控机，401-SLAM激光雷达，402-底盘充电模块，403-轮毂电机，404-支撑万向轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种新一代自主式智能消防巡视机器人，能够24小时不间断地在大面积的室内场所实施消防巡视和火源检测。机器人本体搭载由紫外探测装置、旋转式红外热源方位探测装置和红外热成像探测装置组成的三级火源探测装置，与安装在巡视区域建筑物顶部的分布式传感器协同，可以替代人工进行日常的消防巡视。

如图1消防巡视机器人组成图所示，本发明实施例由两大部分组成，首先中央控制系统3、火源识别系统1、灭火执行机构2、底盘行走驱动系统4、视频系统5构成了机器人本体10，其次，分布式火源探测辅助系统6、通信系统7、数据云存储平台8和管理和监控系统9共同构成了外围系统。

所述新一代自主式智能消防巡视机器人具体包括：

火源识别系统1，设置于消防巡视机器人顶部，通过紫外探测装置103、旋转式红外热源方位探测装置101和红外热成像探测装置102组成的三级探测装置对火源进行检测，红外热成像探测装置102和激光测距装置103结合，用于对火源进行自动搜寻、跟踪、瞄准、测距；火源识别系统1具体包括：

紫外探测装置103，用于监测周边有效范围内有无火源信号，并初步确定火源的大致方位，在理想无遮挡环境下探测范围半径不小于75米；

旋转式红外热源方位探测装置101，所述探测装置有两个，其中一个的旋转轴竖直安装，另一个装置的旋转轴水平安装，从而分别获得火源的水平角度和俯仰角度信息；

红外热成像探测装置102，其红外摄像头与和激光测距装置104的激光测距仪固定在一起，保证焦点处于相同位置；所述探测装置102的驱动模块由水平与俯仰转向机构组成，与红外摄像头和激光测距仪连接，驱动红外摄像头与激光测距仪进行水平方向360度旋转和垂直方向90度俯仰；红外摄像头将获取的红外图像发送到所述探测装置控制模块后，经过去噪、拉伸、获取连通域信息等运算，判断并确定火源坐标；控制模块根据坐标计算出驱动模块的转向角度，控制转向机构转向火源；当焦点对准火源后，激光测距仪将距离信息发送给控制模块；控制模块通过RS485或RS232通信接口将火源坐标数据和距离信息发送给中央控制系统3；在理想状态下红外热成像探测装置102有效探测范围不小于40米。

分布式火源探测辅助系统6，所述系统通过总线控制器连接多个分布式传感器，每个分布式传感器通过其主机模块上的拨码开关进行编号；当某一个分布式传感器探测到火源信号后，将其编号及报警信号通过总线控制器及无线数据传输模块最终反馈给中央控制系统3；中央控制系统3对数据进行分析，确定火源所在区域。

灭火执行机构2，在中央控制系统3的指令下启动灭火，使用水系灭火剂；基于火源识别系统1能够对火源进行瞄准和测距，灭火执行机构2能够瞄准火源精准灭火。

火源识别系统1和分布式火源探测辅助系统6均使用了紫外探测技术，在理想无遮挡环境下紫外传感器的探测范围半径不小于75米，当巡视区域内出现初起火源时，首先做出反应的是火源识别系统1的紫外探测装置103或分布式传感器，由于分布式传感器被安装在高处不易被遮挡，大部分情况下是分布式传感器首先对初起火源做出反应；当中央控制系统3收到分布式传感器或紫外探测装置103反馈的疑似火源信号和大致位置信息，通过数据分析确定火源区域，给出导航目标点；底盘行走驱动系统4根据中央控制系统3指令结束原固定路线巡视任务，依据导航目标点自主规划最优路线，机器人由底盘行走驱动系统4驱动前往疑似火源区域；在机器人向疑似火源区域移动的过程中，旋转式红外热源方位探测装置101和红外热成像探测装置102持续对火源进行搜索，火源将最终进入所述红外探测装置的有效探测范围；中央控制系统3对火源识别系统1持续反馈的数据进行分析，动态修正导航目标点，向底盘行走驱动系统4下达新目标点指令，引导机器人运动到灭火最佳位置；一旦红外热成像探测装置102探测到火源信号，所述装置能够获取火源在三维空间中的坐标及距离信息，反馈回路的形成能实时控制驱动机构转向，保证红外摄像头对火源的实时瞄准和跟踪，火源位置处于红外摄像头焦点后，控制模块启动激光测距仪获取距离信息，中央控制系统3对反馈数据进行分析，只要定义的技术状态满足，无论机器人处于停止或行走状态，灭火执行机构2都能够在中央控制系统3的控制下启动，喷嘴机构202瞄准火源喷射灭火剂，扑灭火灾。

中央控制系统3对火源识别系统1的三级火源探测装置反馈的数据进行综合分析，当确认不是探测装置误报，确实存在火源时，中央控制系统3下指令启动机器人本体10的声、光报警装置，同时通过通信系统7向管理和监控系统9发出告警信息。

具体的，所述消防巡视机器人底盘行走驱动系统4采用轮式结构底盘，由两个轮毂电机403驱动转向轮，为了增加负重以及防倾覆能力，在底盘安装了三个支撑万向轮404；采用差速法能够实现原地360°旋转；当底盘电池剩余电量不足设定值时，机器人会自动返回充电桩充电，当电量充满时，机器人将自动离开充电桩，进入巡视状态。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.自主式智能消防巡视机器人，其特征在于，包括：

底盘行走驱动系统，用于控制机器人实现实时导航、智能避障、路径规划和自动充电；

火源识别系统，实现对火源的自主搜索、跟踪、瞄准、定位和测距；

中央控制系统，用于控制消防巡视机器人、使其各个系统协同运作的工控机；

灭火执行机构，依据中央控制系统发出的指令执行灭火任务；

视频系统，设置于消防巡视机器人上部的网络摄像头系统，用于监控火警现场的视频、声讯信息；

通信系统，采用无线局域网方式，用于中央控制系统与管理和监控系统、数据云存储平台之间的通信；

管理和监控系统，用户和运营管理者通过该系统对消防巡视机器人的运行情况进行管理和监控；

分布式火源探测辅助系统，布置于消防巡视机器人巡视区域建筑物顶部，利用总线控制器分别连接多个分布式传感器和一个无线数据传输模块，当分布式传感器探测到火源信号时，通过总线控制器、无线数据传输模块将信号发送至机器人本体的接收主机；

数据云存储平台，用于接收、存储消防巡视机器人收集到的视频、语音信息以及火警信息分析结果，供管理和监控系统调用。

2.根据权利要求1所述的消防巡视机器人，其特征在于，所述底盘行走驱动系统具体包括：

SLAM激光雷达、算法主机、电池管理系统和控制模块。

3.根据权利要求1所述的消防巡视机器人，其特征在于，所述灭火执行机构的组成包括：

水系灭火剂储存器、水泵、水泵驱动电机、执行机构电池和喷嘴机构。

4.根据权利要求1所述的消防巡视机器人，其特征在于，所述火源识别系统由紫外探测装置、旋转式红外热源方位探测装置、红外热成像探测装置、激光测距装置、驱动模块和控制模块组成：

紫外探测装置，用于监测周边有效范围内有无火源信号，并初步确定火源的大致方位；

旋转式红外热源方位探测装置，用于获得有效监测范围内红外热源的方位角度信息；

红外热成像探测装置，用于火源的搜索、跟踪、瞄准，实现精准灭火；

激光测距装置，用于测量火源和消防巡视机器人之间的距离，配合红外热成像探测装置完成火源的精准定位。

5.根据权利要求1所述的消防巡视机器人，其特征在于，所述灭火执行机构能够携带水系灭火剂的容量不少于15升，灭火剂储存器的注水口设置在机器人外壳，能够迅速补充灭火剂。

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