CN219815106U - 一种面向室内空间的智能消防机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了消防机器人技术领域的一种面向室内空间的智能消防机器人，包括底盘和设置于底盘上的云台，云台的顶面安装有底板，底板的顶部两侧分别设有固定框架，并通过一侧的固定框架连接有升降机构和送球机构，通过另一侧的固定框架连接有抛球机构，本实用新型通过依靠三舵轮底盘进行移动，具有最大的速度以及加速度，能够很好地满足室内灭火的要求，且重心较低并位于底盘的几何中心，不容易发生侧翻，能够较稳定地运行；本实用新型采用灭火球以达到灭火效果，能够满足更多灭火场景的需要，通过升降机构、送球机构和抛球机构实现灭火球的补给与抛射，使灭火球能够被精准地投射至火源位置，并且不需要外接任何设备，这增加了灭火的机动性。

Description

一种面向室内空间的智能消防机器人

技术领域

本实用新型涉及消防机器人技术领域，具体为一种面向室内空间的智能消防机器人。

背景技术

消防救援始终是国家高度重视的领域。据数据统计，我国较大火灾发生场所近90％均为室内，然而目前成熟的消防机器人应用场景面向室外空旷场景，无法满足室内空间的消防需求。

国内外现有消防机器人移动方式有履带式、足式两种。

履带式底盘适应环境最为广泛，特别是崎岖不平地和湿洼地形，因此被广泛应用。该底盘有跨越障碍的能力，在火场的环境中，可以跨越一些地上的杂物或者墙体燃烧剥落至地面的残骸，可以较好地适应火场复杂的地势；但是，履带式消防机器人体积较大，整体笨重，移动速度较慢，移动方向受限，移动空间受限，制造成本高，运行和转向时功率消耗大，零件磨损快，此外还存在定位问题。

足式消防机器人，适应范围较广，能够跨越障碍，有着良好的自由度，动作灵活自如，腿足式消防机器人可应用于森林等复杂的环境中；但是腿足式机器人行进速度较低，且由于重心原因容易侧翻，不稳定。它牺牲了稳定性，也增加了控制器设计的难度；与此同时，它有较多的运动部件和关节，要求较高的加工装配等级，对材料性能要求较高，因此成本也偏高。

市面上还存在一部分轨道式消防机器人。这种消防机器人在轨道上按照预定轨迹巡逻，机器人可以通过相应传感器传回信息与是否发生火情，并采取相应的灭火措施；但是，轨道式消防机器人移动路线相对固定，巡检时其检测范围受到导轨制约，因此并不适用于直径较大，或检测对象分散分布的环境。

此外，现有消防机器人所使用的灭火装置一般为灭火液喷射装置，主要喷出的是灭火液体。液体灭火剂主要包括水及添加剂、泡沫灭火剂、7150灭火剂三种类型。遇到火灾险情，消防机器人便利用自身的喷射机构将灭火液喷射出去，以此来达到灭火的目的。

但是有些火灾现场不适合使用灭火液，从而使消防灭火机器人的使用受到限制。同时，该种类型的消防机器人大都会连接消防水带，机器人需连接高压水带来发射灭火液，在大范围的火灾中，负重过大可能会使得装备不能拖动水带至指定位置，大大降低了救援效率。

基于此，本实用新型设计了一种面向居家、高层建筑、地下等室内空间应用的智能消防机器人，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种面向室内空间的智能消防机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种面向室内空间的智能消防机器人，包括底盘和设置于底盘上的云台，云台的顶面安装有底板，底板的顶部两侧分别设有固定框架，并通过一侧的固定框架连接有升降机构和送球机构，通过另一侧的固定框架连接有抛球机构；

底盘包括方铝连接架以及固定于方铝连接架中心处的正交编码定位仪，方铝连接架的外侧通过连接板材连接有三个舵轮机构；

升降机构包括升降板，多个灭火球沿竖直方向均匀设置于升降板，升降板的四角处分别通过直线轴承连接有竖直的导向钢棒，且导向钢棒的底端与底板固定连接，固定框架的两侧对称设有同步带，升降板的两侧分别与对应侧的同步带连接，同步带的上下两侧分别连接有带轮，且带轮与固定框架转动连接，位于下方的两个带轮同轴设置，且其中一个带轮的一侧还同轴固定有升降驱动大齿轮，升降驱动大齿轮的一侧啮合有升降驱动小齿轮，升降驱动小齿轮连接有升降驱动电机；

送球机构包括固定于对应侧固定框架顶部的横板，横板的底部设有滑轨，滑轨中滑动连接有滑块，且滑块上通过螺栓连接有齿条，齿条上通过连接方铝固定有送球推板，且齿条的一侧啮合有送球齿轮，送球齿轮连接有送球驱动电机，送球驱动电机安装于横板上。

优选的，舵轮机构包括固定于方铝连接架上的转向驱动电机，且驱动电机的输出轴底部设有转向小齿轮，转向小齿轮的一侧啮合有转向大齿轮，转动大齿轮与方铝连接架转动连接，并设有固定板，固定板的上部设有运动驱动电机，下部转动连接有包胶轮毂，且包胶轮毂和运动驱动电机之间通过齿轮传动组件对应连接。

优选的，齿轮传动组件包括固定于运动驱动电机输出轴上的运动小齿轮和同轴固定于包胶轮毂上的运动大齿轮，运动小齿轮和运动大齿轮之间共同啮合有运动中齿轮，且运动中齿轮与固定板转动连接。

优选的，正交编码定位仪包括安装于方铝连接架中心处的安装板，安装板的两侧对称设有导轨，导轨中设有导向块，且导轨顶端以及导向块底端分别安装有定位仪连接板，两个定位仪连接板之间连接有悬挂弹簧，且下方的定位仪连接板上转动连接有两个同轴设置的全向轮，位于安装板两侧的全向轮正交对称设置，且定位仪安装板上对应全向轮的位置设有磁编器。

优选的，抛球机构包括固定于对应侧固定框架顶部的抛球驱动电机，固定框架的顶部转动连接有钢轴，并通过钢轴连接有半球状的抛射槽，且抛球驱动电机通过联轴器与抛射槽的钢轴连接。

优选的，云台包括安装于方铝连接架上的支撑架，支撑架的中心处通过云台驱动电机连接有云台连接板，并在顶部通过垫高块连接有薄壁轴承，云台连接板的顶部与底板连接，并与薄壁轴承的内圈连接。

优选的，方铝连接架的顶部对应舵轮机构的外侧位置固定有防尘罩。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型依靠三舵轮底盘进行移动，具有最大的速度以及加速度，能够很好地满足室内灭火的要求，舵轮底盘的轮系磨损相较于其他底盘来说也相对较小，能够延长使用寿命，能够灵活地在进行各个方向上的运动，且重心较低并位于底盘的几何中心，不容易发生侧翻，能够较稳定地运行；本实用新型采用灭火球以达到灭火效果，能够满足更多灭火场景的需要，通过升降机构、送球机构和抛球机构实现灭火球的补给与抛射，使灭火球能够被精准地投射至火源位置，并且不需要外接任何设备，这增加了灭火的机动性；灭火球爆炸后释放的干粉灭火剂会向保护区快速喷射并迅速向四周弥漫，形成全淹没灭火状态，火焰在干粉灭火剂的物理和化学双重作用下被扑灭。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型底盘的整体结构示意图；

图2为本实用新型舵轮机构的结构示意图；

图3为本实用新型齿轮传动组件的结构示意图；

图4为本实用新型正交编码定位仪结构示意图；

图5为本实用新型整体结构的立体示意图；

图6为本实用新型松球机构的结构示意图；

图7为本实用新型升降机构的结构示意图；

图8为本实用新型整体结构的侧视图；

图9为本实用新型云台的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-防尘罩，2-舵轮机构，3-正交编码定位仪，4-方铝连接架，5-连接板材；

21-转向驱动电机，22-转向小齿轮，23-转向大齿轮，24-电滑环，25-运动驱动电机，26-包胶轮毂，27-齿轮传动组件，271-运动小齿轮，272-运动中齿轮，273-运动大齿轮，28-固定板；

31-全向轮，32-磁编器，33-悬挂弹簧，34-定位仪连接板，35-导轨，36-导向块；

41-灭火球，42-同步带，43-送球机构，431-滑块，432-滑轨，433-齿条，434-送球齿轮，435-送球推板，436-送球驱动电机，437-连接方铝，44-升降机构，441-升降驱动电机，442-升降驱动小齿轮，443-升降驱动大齿轮，444-导向钢棒，445-直线轴承，45-抛球驱动电机，46-刚性联轴器，47-抛射槽，48-固定框架，49-带轮；

50-云台，501-薄壁轴承，502-云台驱动电机，503-云台连接板，504-垫高块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

请参阅附图，本实用新型提供一种技术方案：

一种面向室内空间的智能消防机器人，包括底盘和设置于底盘上的云台50，云台50的顶面安装有底板，底板的顶部两侧分别设有固定框架48，并通过一侧的固定框架48连接有升降机构44和送球机构43，通过另一侧的固定框架48连接有抛球机构。

底盘包括方铝连接架4以及固定于方铝连接架4中心处的正交编码定位仪3，方铝连接架4的外侧通过连接板材5连接有三个舵轮机构2；

舵轮机构2包括固定于方铝连接架4上的转向驱动电机21，且驱动电机的输出轴底部设有转向小齿轮22，转向小齿轮22的一侧啮合有转向大齿轮23，转动大齿轮与方铝连接架4转动连接，并设有固定板28，固定板28的上部设有运动驱动电机25，下部转动连接有包胶轮毂26，且包胶轮毂26和运动驱动电机25之间通过齿轮传动组件27对应连接；

齿轮传动组件27包括固定于运动驱动电机25输出轴上的运动小齿轮271和同轴固定于包胶轮毂26上的运动大齿轮273，运动小齿轮271和运动大齿轮273之间共同啮合有运动中齿轮272，且运动中齿轮272与固定板28转动连接。

舵轮机构2通过转向驱动电机21直接驱动转向小齿轮22与转向大齿轮23啮合转动控制舵轮机构2的转向，通过运动驱动电机25直接驱动运动小齿轮271，经由运动小齿轮271、运动中齿轮272和运动大齿轮273组成的齿轮传动组件27实现舵轮机构2的运动功能；考虑电子元件放置及电路布线问题，可在固定板28上设置驱动板，并在运动驱动电机25的上方设置电滑环24，利用电滑环24进行线路布置，可以有效解决舵轮机构2运动转向过程中的线路缠绕问题，其中电滑环24为现有结构，本申请并未对其进行任何改进。

正交编码定位仪3包括安装于方铝连接架4中心处的安装板，安装板的两侧对称设有导轨35，导轨35中设有导向块36，且导轨35顶端以及导向块36底端分别安装有定位仪连接板34，两个定位仪连接板34之间连接有悬挂弹簧33，且下方的定位仪连接板34上转动连接有两个同轴设置的全向轮31，位于安装板两侧的全向轮31正交对称设置，且定位仪安装板上对应全向轮31的位置设有磁编器32。

底盘移动时，全向轮31在地面上转动，由于两侧的全向轮31正交设置，则当移动方向不与其中一个的全向轮31移动方向一致时，全向轮31表面设置的多个小轮转动，小轮转动无法带动内部的旋转轴转动，则不记录数据，从而正常移动，全向轮31转动时带动内部旋转轴转动，通过磁编器32进行记录，从而记录底盘移动的两个正交方向上的距离，确定底盘与起点的相对位置。

升降机构44包括升降板，多个灭火球41沿竖直方向均匀设置于升降板，升降板的四角处分别通过直线轴承445连接有竖直的导向钢棒444，且导向钢棒444的底端与底板固定连接，通过导向钢棒444为升降板提供导向作用，并限制多个灭火球41的位置，使其沿竖直方向均匀设置，固定框架48的两侧对称设有同步带42，升降板的两侧分别与对应侧的同步带42连接，同步带42的上下两侧分别连接有带轮49，且带轮49与固定框架48转动连接，位于下方的两个带轮49同轴设置，且其中一个带轮49的一侧还同轴固定有升降驱动大齿轮443，升降驱动大齿轮443的一侧啮合有升降驱动小齿轮442，升降驱动小齿轮442连接有升降驱动电机441；

送球机构43包括固定于对应侧固定框架48顶部的横板，横板的底部设有滑轨432，滑轨432中滑动连接有滑块431，且滑块431上通过螺栓连接有齿条433，齿条433上通过连接方铝437固定有送球推板435，且齿条433的一侧啮合有送球齿轮434，送球齿轮434连接有送球驱动电机436，送球驱动电机436安装于横板上；

抛球机构包括固定于对应侧固定框架48顶部的抛球驱动电机45，固定框架48的顶部转动连接有钢轴，并通过钢轴连接有半球状的抛射槽47，且抛球驱动电机45通过联轴器与抛射槽47的钢轴连接。

本申请采用灭火球41进行灭火，通过舵轮机构2的运动实现智能消防机器人的高速移动，当消防机器人运动至合适位置，通过升降机构44、送球机构43和抛球机构实现灭火球41的补给与抛射；

升降机构44通过升降驱动电机441直接驱动升降驱动小齿轮442，升降驱动小齿轮442与升降驱动大齿轮443啮合带动带轮49转动，从而带动同步带42运动，通过导向钢棒444和直线轴承445使升降板和灭火球41向上抬升，使顶部的灭火球41位于合适位置；送球机构43通过送球驱动电机436直接驱动送球齿轮434，使齿条433和送球推板435沿滑轨432移动，实现推球功能，将灭火球41推到抛球机构上；

通过送球机构43将灭火球41向前推动，落入抛射槽47中，并通过抛球驱动电机45使抛射槽47带动其中的灭火球41向外转动，从而将灭火球41向外抛出至合适位置，以便将灭火球41抛出至理想位置，进行灭火，并重复上述操作至灭火球41全部抛完。

本申请依靠三舵轮底盘进行移动。常见的三种机器人底盘分别是：全向轮底盘、麦克纳姆轮底盘和舵轮底盘。首先，对于现有技术中存在的消防机器人移动缓慢的问题，在相同条件下，舵轮底盘具有最大的速度以及加速度，能够使得机器人在移动过程中起步更快，速度更快。其次，舵轮底盘对于场地的要求并不高，足够很好地满足室内灭火的要求。再次，舵轮底盘的轮系磨损相较于其他底盘来说也相对较小，能够延长使用寿命。再次，舵轮底盘如果建立各轮速度转换矩阵，求逆之后，我们就可以证明，此底盘能够灵活地在进行各个方向上的运动，这样就解决了轨道式机器人移动路线相对固定的问题。最后，相较于足腿式机器人的不稳定，三舵轮底盘重心较低且位于底盘的几何中心，不容易发生侧翻，能够较稳定地运行。

本申请采用灭火球41以达到灭火效果。灭火球41遇到明火后燃烧表层缠绕的灭火引线，驱动内核爆发装置自动喷洒干粉，达到自动灭火的效果。采用灭火球41能够满足更多灭火场景的需要。例如配电室、图书馆发生的火灾采用灭火球41就能更好地提升安全性、减少损失。除此之外，本申请设计了一款自动拨弹加投弹式灭火球41发射装置，灭火球41在使用过程中能够被精准地投射至火源位置并且不需要外接任何设备，这增加了灭火的机动性。相较于传统灭火液，灭火球41爆炸后释放的干粉灭火剂会向保护区快速喷射并迅速向四周弥漫，形成全淹没灭火状态，火焰在干粉灭火剂的物理和化学双重作用下被扑灭。

实施例二

本实施例的结构与实施例一基本相同，不同之处在于，云台50包括安装于方铝连接架4上的支撑架，支撑架的中心处通过云台驱动电机502连接有云台连接板503，并在顶部通过垫高块504连接有薄壁轴承501，云台连接板503的顶部与底板连接，并与薄壁轴承501的内圈连接，通过云台驱动电机502实现云台50转动功能，进而通过云台50实现抛射角度的任意控制。

实施例三

本实施例的结构与实施例一基本相同，不同之处在于，本申请的整个底盘依靠15×15mm方铝以及碳纤维板搭建起整体框架，底盘的三个舵轮轮系机构分布在边长470mm的等边三角形的三个顶点上，由大疆M2006作为转向驱动电机来调整每个包胶轮的方向，并由mad-xc5500电机作为运动驱动电机，通过两级齿轮传动的方式来驱动包胶轮转动，减速比为1：2。

底盘的上层结构由云台、升降机构、送球机构和抛球机构组成。其中，云台采用KA035CP0薄壁轴承，并采用宇树A1电机作为云台驱动电机。

升降机构由大疆M3508电机作为升降驱动电机，并通过同步带带动架在直线轴承上的升降板运动，导向钢棒分布在升降板上边长为70.7mm的正方形的四个顶点上，其前端两根导向钢棒长为350mm，后端两根长为500mm。

推球机构由M2006电机作为推求驱动电机，使推球板移动来实现拨球。由此实现了对灭火球的存储、升降和拨取。

抛球机构，由M3508电机作为抛球驱动电机，驱动翻转钢轴，钢轴带动抛射槽做旋转运动，从而发射灭火球。

本申请在尺寸上能够存放至500×500×735mm的长方体中，制作本申请的材料基本上由碳纤维板、玻璃纤维板、3D打印件和标准件组成，均为易得材料。

因此，本申请能够提升消防机器人的速度以及灵活性；重心较低，运行稳定，不容易侧翻；能够扩大消防机器人的使用场景；制造材料易得，且易于加工，结构并不复杂。

实施例四

本实施例的结构与实施例一基本相同，不同之处在于，方铝连接架4的顶部对应舵轮机构2的外侧位置固定有防尘罩1，考虑到舵轮机构2工作环境限制问题，通过防尘罩1对其进行保护，确保其功能稳定实现。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种面向室内空间的智能消防机器人，包括底盘和设置于底盘上的云台(50)，云台(50)的顶面安装有底板，底板的顶部两侧分别设有固定框架(48)，并通过一侧的固定框架(48)连接有升降机构(44)和送球机构(43)，通过另一侧的固定框架(48)连接有抛球机构，其特征在于：

所述底盘包括方铝连接架(4)以及固定于方铝连接架(4)中心处的正交编码定位仪(3)，方铝连接架(4)的外侧通过连接板材(5)连接有三个舵轮机构(2)；

所述升降机构(44)包括升降板，多个灭火球(41)沿竖直方向均匀设置于升降板，所述升降板的四角处分别通过直线轴承(445)连接有竖直的导向钢棒(444)，且导向钢棒(444)的底端与底板固定连接，所述固定框架(48)的两侧对称设有同步带(42)，升降板的两侧分别与对应侧的同步带(42)连接，所述同步带(42)的上下两侧分别连接有带轮(49)，且带轮(49)与固定框架(48)转动连接，位于下方的两个带轮(49)同轴设置，且其中一个带轮(49)的一侧还同轴固定有升降驱动大齿轮(443)，所述升降驱动大齿轮(443)的一侧啮合有升降驱动小齿轮(442)，升降驱动小齿轮(442)连接有升降驱动电机(441)；

所述送球机构(43)包括固定于对应侧固定框架(48)顶部的横板，横板的底部设有滑轨(432)，滑轨(432)中滑动连接有滑块(431)，且滑块(431)上通过螺栓连接有齿条(433)，所述齿条(433)上通过连接方铝(437)固定有送球推板(435)，且齿条(433)的一侧啮合有送球齿轮(434)，送球齿轮(434)连接有送球驱动电机(436)，送球驱动电机(436)安装于横板上。

2.根据权利要求1所述的面向室内空间的智能消防机器人，其特征在于：所述舵轮机构(2)包括固定于方铝连接架(4)上的转向驱动电机(21)，且驱动电机的输出轴底部设有转向小齿轮(22)，转向小齿轮(22)的一侧啮合有转向大齿轮(23)，所述转向大齿轮与方铝连接架(4)转动连接，并设有固定板(28)，固定板(28)的上部设有运动驱动电机(25)，下部转动连接有包胶轮毂(26)，且包胶轮毂(26)和运动驱动电机(25)之间通过齿轮传动组件(27)对应连接。

3.根据权利要求2所述的面向室内空间的智能消防机器人，其特征在于：所述齿轮传动组件(27)包括固定于运动驱动电机(25)输出轴上的运动小齿轮(271)和同轴固定于包胶轮毂(26)上的运动大齿轮(273)，运动小齿轮(271)和运动大齿轮(273)之间共同啮合有运动中齿轮(272)，且运动中齿轮(272)与固定板(28)转动连接。

4.根据权利要求1所述的面向室内空间的智能消防机器人，其特征在于：所述正交编码定位仪(3)包括安装于方铝连接架(4)中心处的安装板，安装板的两侧对称设有导轨(35)，导轨(35)中设有导向块(36)，且导轨(35)顶端以及导向块(36)底端分别安装有定位仪连接板(34)，两个所述定位仪连接板(34)之间连接有悬挂弹簧(33)，且下方的定位仪连接板(34)上转动连接有两个同轴设置的全向轮(31)，位于安装板两侧的所述全向轮(31)正交对称设置，且定位仪安装板上对应全向轮(31)的位置设有磁编器(32)。

5.根据权利要求1所述的面向室内空间的智能消防机器人，其特征在于：所述抛球机构包括固定于对应侧固定框架(48)顶部的抛球驱动电机(45)，固定框架(48)的顶部转动连接有钢轴，并通过钢轴连接有半球状的抛射槽(47)，且抛球驱动电机(45)通过联轴器与抛射槽(47)的钢轴连接。

6.根据权利要求1所述的面向室内空间的智能消防机器人，其特征在于：所述云台(50)包括安装于方铝连接架(4)上的支撑架，支撑架的中心处通过云台驱动电机(502)连接有云台连接板(503)，并在顶部通过垫高块(504)连接有薄壁轴承(501)，所述云台连接板(503)的顶部与底板连接，并与薄壁轴承(501)的内圈连接。

7.根据权利要求1～6任一项所述的面向室内空间的智能消防机器人，其特征在于：所述方铝连接架(4)的顶部对应舵轮机构(2)的外侧位置固定有防尘罩(1)。