CN220090317U - 无人驾驶消防灭火车组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人驾驶消防灭火车组，包括无人驾驶消防车底盘、举升臂架、回转机构、挂车组、输送管路、消防水炮、液压系统和控制系统；举升臂架通过回转机构在无人驾驶消防车底盘上进行回转，挂车组连接在无人驾驶消防车底盘的尾部；消防水炮与输送管路连接；挂车组包括挂车底盘、消防液箱、发动机总成和消防水泵；挂车底盘与无人驾驶消防车底盘之间设有弹簧连接支架；发动机总成与消防水泵之间设有联轴器和变速箱；消防水炮包括炮体水平回转机构、炮体俯仰机构和炮口调节器；控制系统检测举升臂架的位置及姿态并驱动液压系统的执行元件动作。本实用新型在无人驾驶的同时自动灭火，根据火源识别系统研判火情和定位火源，远程操控灭火。

Description

无人驾驶消防灭火车组

技术领域

本实用新型涉及消防车，尤其涉及一种无人驾驶消防灭火车组。

背景技术

消防车辆靠近着火区域进行灭火行动时，存在着各类潜在的危险，在危险物品厂房或者堆场、在发电厂或变电站、在石化炼化厂房或储罐区等易燃易爆区域，有很多和普通消防灭火环境不同的情况和危险；进而导致传统消防车辆在火场对于消防队员有极大的安全风险。

现有的无人驾驶自动灭火控制方案有两种，一种是依靠无人机沿搜索航点进行飞行搜索并建立地面二维地图信息，寻找着火点并对其精准定位，消防无人车经无人机侦查搜索的路径行驶向着火点前进，完成灭火任务后无人机和所有消防无人车各自沿原路返回。如：CN112774073B-无人机引导的多机协作灭火方法及其灭火系统。另一种是消防机器人配合消防车使用，消防机器人没有水箱或者消防液箱，连接到消防车上由其提供灭火用的介质，消防车提供的高压水流通过水带传输到举高消防机器人中，再通过消防机器人消防水炮系统控制喷射的方向和喷射的水流。该消防机器人虽然有感知交互系统和电控系统，实现了机器人对障碍物的智能感知行为，提高了机器人的环境交互能力，但是必须有消防车伴随工作，因不具有独立灭火的能力，其无人驾驶和自动灭火的局限性过大。如：CN109050695B-一种全地形消防机器人及工作方法，其实用新型方案会受限于与消防车连接的送水管道的长度和收放限制，缺乏应有的灵活性和机动性，难以在火灾现场中进行有效的灭火。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种无人驾驶消防灭火车组，该无人驾驶消防灭火车组在无人驾驶的同时自动灭火，通过举高喷射水或消防液既实现远程操控灭火，又具备深入火场进而近距离对易燃易爆区域进行灭火的功能，同时便于消防人员在远程操纵进行消防灭火，或者根据火源识别系统来综合研判火情和定位火源，最终由控制系统实现车组的行走靠近、臂架举升、炮口对准、水泵启动、高效喷射灭火、收车返回及其它自动灭火控制。

技术方案：本实用新型无人驾驶消防灭火车组包括无人驾驶消防车底盘、举升臂架、回转机构、挂车组、输送管路、消防水炮、液压系统和控制系统；

举升臂架通过回转机构在无人驾驶消防车底盘上进行回转，挂车组连接在无人驾驶消防车底盘的尾部；消防水炮与输送管路连接；

挂车组包括挂车底盘、消防液箱、发动机总成和消防水泵；挂车底盘与无人驾驶消防车底盘之间设有弹簧连接支架；发动机总成与消防水泵之间设有联轴器和变速箱；

消防水炮包括炮体水平回转机构、炮体俯仰机构和炮口调节器；控制系统检测举升臂架的位置及姿态并驱动液压系统的执行元件动作。

控制系统包括主控制器、火源识别系统、远程遥控显示器、换向多路阀电磁铁、行走电机控制器、发动机控制器和水炮控制器，主控制器通过火源识别系统识别火源位置。

火源识别系统包括热成像模块、图像识别模块和识别测算模块。

热成像模块包括热成像采集单元、热成像处理单元、校准单元和数据传输单元；所述热成像采集单元将采集的图像信息发送至热成像处理单元和校准单元，数据传输单元与校准单元连接。

图像识别模块包括图像采集单元、图像处理单元、识别单元和数据传输单元；图像采集单元将采集的图片发送至图像处理单元和识别单元，数据传输单元与识别单元连接。

识别测算模块包括双目成像单元、数据对比单元和数据传输单元；数据对比单元对热成像模块识别到的火源，以及图像识别模块识别到的火源的类型进行对比。

挂车组上安装有避障传感器。

无人驾驶消防车底盘上安装有与控制系统连接的定位系统。

工作原理：本实用新型无人驾驶消防灭火车组包括举升臂架、消防水泵，以及带有消防液箱的挂车，消防水泵用来抽取挂车后边消防液箱的消防液形成灭火用的高压射流，进而为消防水炮提供消防液。该灭火车组通过火源识别系统综合分析和研判火情和定位火源并向无人驾驶消防灭火车组主控制器反馈相关信息，通过控制系统，实现车组的行走靠近、臂架举升、炮口对准、水泵启动、高效喷射灭火，在完成灭火后，进行自动关闭水泵组，收回举升臂架、自动返回及其它自动灭火控制和动作。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型无人驾驶消防灭火车组包括独立灭火工作的全套设备及工作装置，不但具有感知交互系统来实现无人驾驶和自动灭火，还具有独立灭火的能力，并在多种场景下灭火。

(2)本实用新型无人驾驶消防灭火车组带有火源识别系统，综合分析和研判火情和定位火源并向无人驾驶消防灭火车组主控制器反馈相关信息，通过消防灭火车组上的控制系统，实现消防灭火车组的自动灭火控制和动作。

(3)本实用新型无人驾驶消防灭火车组在消防液箱中消防液耗尽后，快速更换一辆同样的挂车，再次快速投入灭火任务，或者从市政消火栓或室外消火栓上取水进行灭火，在多种场景下工作，不需要拖动水带配合消防车进行灭火。

附图说明

图1为本实用新型无人驾驶消防灭火车组行驶状态结构示意图；

图2为本实用新型无人驾驶消防灭火车组举升喷射工作示意图；

图3为本实用新型无人驾驶消防灭火车组自动灭火控制系统组成图；

图4为本实用新型的火源识别系统组成示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型无人驾驶消防灭火车组包括无人驾驶消防车底盘1、举升臂架2、回转机构3、挂车组4、输送管路5、消防水炮6、液压系统7和控制系统8。

本实用新型的无人驾驶消防车底盘1由车轮1-1和车体1-2组成，是车辆的行走和承载结构基础。无人驾驶消防车底盘1上部安装了举升臂架2，举升臂架2采用变幅和伸缩臂架结构，被液压油缸推动实现变幅和伸缩动作的举高和幅度扩展作业，使得举升臂架2将消防工作装置和检测及控制装置举升到高空中的目的，在不同的作业高度和作业幅度下，驱动消防水炮喷射更高和更远的距离，进行举高喷射快速高效灭火。回转机构3安装在无人驾驶消防车底盘1与举升臂架2之间，通过液压马达驱动回转减速机，进而带动回转支承回转，实现举升臂架2在底盘1上连续全回转。

挂车组4由挂车底盘4-1，消防液箱4-2，消防液箱加注口4-3，消防液箱检修口4-4，消防水泵吸水管4-5，发动机总成4-6，消防水泵4-7，消防水泵出水连接管4-8组成。

挂车底盘4-1采用弹簧缓冲连接支架与无人驾驶消防车底盘1尾部连接，挂车底盘4-1采用无行走动力被动拖挂底盘，由无人驾驶消防车底盘1拖拽行驶。消防液箱4-2位于挂车底盘4-1上部中间及后部位置，是消防液的储存容器。消防液箱加注口4-3焊接在消防液箱4-2底部，打开消防液箱加注口4-3上的球阀，通过消防水带向消防液箱4-2加注消防液。消防液箱检修口4-4位于消防液箱4-2的上方，当对消防液箱4-2清洁或维修时，打开检修口盖门，便于检修人员沿着消防液箱4-2上的爬梯进出消防液箱进行清洁或维修工作。消防水泵吸水管4-5带有缓冲接头，缓冲接头过滤掉发动机总成4-6的运行振动，确保连接的可靠性；该消防水泵吸水管4-5连接在消防液箱4-2底部和消防水泵4-7吸水口之间，消防液被吸进消防水泵4-7。发动机总成4-6通过联轴器和变速箱与消防水泵4-7连接，发动机带动消防水泵4-7高速旋转，消防水泵4-7采用高压离心泵结构，通过高速旋转把水或水基型消防液形成高压和高速的液流，为高压喷射消防液灭火提供动能。消防水泵出水连接管4-8为弯曲折弯的钢丝骨架软管，连接在无人驾驶消防车底盘1和消防水泵4-7高压出水口之间，在无人驾驶消防车底盘1转向时，与挂车底盘4-1呈现不同的角度，消防水泵出水连接管4-8的软管通过弯曲折弯适应不同的转向夹角，内部的钢丝骨架保持水管的形态稳定，避免造成软管扭曲和卡死影响通流，确保消防水泵4-7形成的高压和高速液流进入无人驾驶消防车底盘1中。

挂车组4与无人驾驶消防车底盘1尾部连接来实现快速更换，在消防液箱4-2中消防液耗尽后，更换一辆同样的挂车组，再次快速投入灭火任务，提高了灭火的效率和设备的利用率，实现连续灭火需要。或者将消防水泵4-7的备用吸水口用水带直接连接到消火栓或室外消火栓上，将获取的消火栓水源通过消防水泵4-7形成高压和高速液流，在多种工况下进行灭火。

输送管路5由多段水路软管5-1，多段水路硬管5-2及伸缩水管5-3组成。水路软管5-1位于举升臂架2有变幅动作的运动铰点关节，水路硬管5-2位于无人驾驶消防车底盘1上和举升臂架2中臂体中间。伸缩水管5-3位于举升臂架2上伸缩动作处，随伸缩臂的伸出和缩回动作调整水管长度适应臂体姿态的变化。无人驾驶消防车底盘1上布置的水路硬管5-2，与消防水泵出水连接管4-8连接，将高压、高速消防液流传输到无人驾驶消防车上，布置在无人驾驶消防车及其举升臂架上的多段管路首尾相连组成的输送管路5，随无人驾驶消防车各种姿态变化而调整姿态，确保高压和高速的水或水基型消防液顺利通过输送管路5进入消防水炮6中。

消防水炮6包括炮体水平回转机构6-1，炮体俯仰机构6-2和炮口调节器6-3。消防水炮6在底座处与输送管路5连接，接收通过输送管路5传输的高压和高速消防液流，由消防水炮6控制实现不同方向和液流形态的灭火射流。炮体水平回转机构6-1由炮口回转执行电机驱动，实现消防水炮6水平回转，并在灭火喷射过程中水平左右调整喷射方向，炮体俯仰机构6-2由炮口俯仰执行电机驱动，实现消防水炮6上下俯仰，在灭火喷射过程中上下调整喷射方向。炮口调节器6-3改变消防水炮的出水口的形状，形成高速高压连续水柱实现远距离集中喷射灭火，或形成近距离面装水幕实现除烟雾和降温隔离。

液压系统7包括液压泵，控制阀，液压油缸和马达等执行元件以及管路接头等附件，是无人驾驶消防车组执行驱动部分。

控制系统8是消防车组实现无人驾驶和自动灭火的控制核心。如图3所示，控制系统8通过如下控制方案实现无人驾驶和自动灭火等功能。作为功能实现的主要组成部分，无人驾驶消防车组主控制器8-1，除了直接检测和收集各种状态信息，发出控制指令驱动控制液压换向多路阀电磁铁8-4，还通过CAN通讯协议与远程遥控及显示器8-3、行走电机控制器8-5、发动机控制器8-6及水炮控制器8-7连通，再通过相关子控制器直接发送控制指令并检测收集各类信息。

消防车组通过CAN通讯协议与远程遥控及显示器8-3联通，当切换到人工操作时，无人驾驶消防车组主控制器8-1接收来自于操作人员远程操作远程遥控及显示器8-3的指令，向行走电机控制器8-5、发动机控制器8-6、水炮控制器8-7发出控制指令由具体控制器再控制具体系统的同时，还通过发出PWM信号控制液压系统7的液压换向多路阀电磁铁8-4，进而操控和驱动液压系统7的执行元件，最终各种执行和状态信息还会在远程遥控及显示器8-3上显示，便于人工操作时了解无人驾驶消防车组的状态和下一步工作。

当切换到自动模式时，无人驾驶消防车组主控制器8-1接收来自于各个传感器的各种信号，通过火源识别系统8-2准确分析判断火源情况和位置信息，并允许自动控制程序，实现无人自动驾驶和自动灭火。

如图4所示，火源识别系统8-2包括热成像模块、图像识别模块和识别测算模块。热成像模块包括热成像采集单元、热成像处理单元、校准单元和数据传输单元组成。热成像采集单元由红外摄像头采集的现场环境的红外图像信息，现场环境的红外信息主要包括环境里各处的温度、最高温度数值及分布区域、火焰外形。热成像处理单元将红外图像进行图像灰度化预处理后进行分割，提取分割图像特征值，将提取的图像特征值作为输入对比值与预设值进行比对。预设值根据常见发热体的热辐射的波段及辐射率设定了不同的红外热成像参数，对于获取的红外图像采集的热辐射信号进行对比，再通过校准单元进行干扰过滤校准数值，过滤掉其他非火源发热设备或者反光及其它规则的干扰源信息，得到可疑火源大小信息，完成初步疑似火源识别，之后通过数据传输单元发送给火源识别系统汇总通讯给无人驾驶消防车组主控制器8-1。

图像识别模块包括图像采集单元、图像处理单元、识别单元和数据传输单元。图像采集单元采集周围环境图片，图像处理单元对采集的图片进行图像灰度化、分割、滤波处理，识别单元对采集和处理后的图像进行颜色检测，确定图像颜色种类，并计算颜色占比，再对处理后的图像进行灰度化处理和运动检测，以确定图像中是否存在可疑火焰区域，并对可疑的火焰区域进行滤波处理，提取滤波处理后图像的颜色直方对比图，提取图像特征值进行匹配，根据典型火源的图像特征值识别出不同燃烧物引起的不同类型的可疑火源；之后通过数据传输单元发送给火源识别系统的信息收集传输单元汇总通讯给无人驾驶消防车组主控制器8-1。

识别测算模块包括双目成像单元、数据对比单元和数据传输单元。双目成像单元由多个高清摄像头组成，通过两个摄像头实现多维对焦，测算景深范围和空间信息，判断火源的准确方位和距离信息。数据对比单元针对热成像模块识别到的可疑火源的大小信息和图像识别模块识别到的可疑火源的不同类型信息进行综合对比，根据信息重叠的多少来判断火源的置信情况，信息重叠度越高认为火源识别判断的置信度越高，根据场所火灾危险度，设置不同的置信度阈值，快速对火源和火势情况进行分级分类进行判断，同时预判出火灾所处的阶段及是否存在发生轰燃及其它剧烈燃烧；之后通过数据传输单元发送给火源识别系统的信息收集传输单元汇总通讯给无人驾驶消防车组主控制器8-1，通过火情和火源位置信息向消防车组发出控制指令，实现车组的行走靠近、臂架举升、炮口对准、水泵启动、高效喷射灭火，并且在完成灭火后，关闭柴油机水泵组，收回臂架自动返回。

行走电机控制器8-5针对底盘行走进行控制和各种信号检测，通过电机的速度传感器检测到车辆运行速度，转向传感器检测车辆实时转向角度，还通过温度传感器检测到行走电机自身和环境温度情况，向行走电机控制器发出安全保护提醒。在接到无人驾驶消防车组主控制器8-1根据无人自动驾驶的需要，发出的各种控制指令后，向行走电机发出驱动控制指令控制启动、前进和后退，也向转向电机发出驱动控制指令控制无人驾驶消防车底盘4-1转向。同时行走电机控制器8-5发出的控制指令及检测到的传感器信号还通过CAN通讯协议发送给无人驾驶消防车组主控制器8-1，对消防车组无人驾驶实现闭环控制。

无人驾驶消防车组主控制器8-1通过如下传感器检测无人驾驶消防车组车辆位置及周围路面信息状态并发出控制指令，具体传感器如下，安装在消防车组车头和车尾的超声波避障传感器，其中超声波避障传感器采用超声波测距方法，探测消防车组周围影响行驶和移动安全的障碍物，识别后发出转向或紧急停车指令，进行安全避让，同时向声光报警装置发出报警指令。安装在底盘上的网络定位系统实时通过5G网络定位精确定位到车辆位置，在向消防车组主控制器8-1发送自身位置信号的同时向远程遥控及显示器8-3发出信号，通过精确的位置信息做到规划路径下的无人自动驾驶的巡检功能，并实时显示记录位置。当上述传感器检测到工作或状态异常时，均由无人驾驶消防车组主控制器8-1判断并控制声光报警装置进行报警。

无人驾驶消防车组主控制器8-1通过如下传感器检测举升臂架2的位置及姿态并发出控制指令，具体如下，采用回转编码器实时检测举升臂架2在回转机构3带动下的具体回转角度和状态，采用下臂倾角传感器检测下变幅臂的具体变幅角度，采用长角传感器分别检测上变幅臂的变幅角度和伸缩臂的伸缩长度，通过上述安装在举升臂架2的传感器准确的检测到举升臂架2的位置和姿态，为自动举高闭环控制提供检测输入。无人驾驶消防车组主控制器8-1，根据举升臂架2自动灭火需要的举升作业，发出PWM信号控制液压换向多路阀电磁铁8-4实现液压系统7的液压油缸和马达及其它执行元件驱动举升作业。

发动机控制器8-6针对发动机总成4-6进行控制，在接到无人驾驶消防车组主控制器8-1根据自动灭火启动控制指令后，向柴油机发出驱动控制指令控制启动、停止指令，同时还根据火源位置信息和灭火情况，发出自动灭火时可以改变喷射距离的发动机调速指令控制发动机的转速。

当发动机总成4-6带动消防水泵4-7高速旋转喷射消防液时，通过发动机转速传感器及水泵压力传感器检测高压泵送系统的运行状态，当发生发动机转速运行在高位，而水泵压力突降及其它情况，判断消防水泵4-7的水路被阻塞或吸空，会有气蚀或憋压危险时，发动机控制器8-6发出发动机停止控制指令，实现无人驾驶消防车组自动灭火控制的自我保护。此时发动机控制器8-6通过CAN通讯协议发送给无人驾驶消防车组主控制器8-1信号进行报警和其他收回臂架并返回安全场地的自动控制指令的输出。

水炮控制器8-7针对消防水炮6进行控制，在接到无人驾驶消防车组主控制器8-1的工作控制指令后，向炮体水平回转机构6-1，炮体俯仰机构6-2发出驱动控制指令，控制左右水平和上下俯仰调整喷射方向，使消防水炮6的炮口寻找并准确朝向火源识别系统8-2识别判断到的火源位置根部进行灭火。同时根据环境情况和灭火需要，向炮口调节器6-3发出驱动控制指令，控制消防水炮的炮口出水口形状，形成高速高压连续水柱实现远距离集中喷射灭火，或者形成近距离面装水幕灭火，实现快速除烟雾和降温隔离。

水炮控制器8-7同时还通过炮口压力传感器，炮口俯仰传感器，炮口回转传感器实时检测到消防水炮的运行工作状态和位置姿态，发出微调指令，优化和修正消防水炮6的工作参数，进行瞄准和向下一着火点的移动，还通过CAN通讯协议发送给无人驾驶消防车组主控制器8-1信号，实现无人驾驶消防车组主控制器8-1对整个无人驾驶和自动灭火的实时控制和各种修正。

当火源识别系统8-2判断火源已经被扑灭后，向无人驾驶消防车组主控制器8-1发出扑灭信号，此时无人驾驶消防车组主控制器8-1分别发出自动灭火的复位指令，通过发动机控制器8-6自动关闭柴油机发动机和水泵，发出PWM信号控制液压换向多路阀电磁铁8-4实现液压系统7的液压油缸和马达等执行元件驱动收回臂架，并通过行走电机控制器8-5控制无人驾驶消防车组的行走返回，实现无人驾驶消防灭火车组的无人驾驶和自动灭火控制。

Claims (7)

1.一种无人驾驶消防灭火车组，其特征在于：包括无人驾驶消防车底盘(1)、举升臂架(2)、回转机构(3)、挂车组(4)、输送管路(5)、消防水炮(6)、液压系统(7)和控制系统(8)；

所述举升臂架(2)通过回转机构(3)在无人驾驶消防车底盘(1)上进行回转，所述挂车组(4)连接在无人驾驶消防车底盘(1)的尾部；所述消防水炮(6)与输送管路(5)连接；

所述挂车组(4)包括挂车底盘(4-1)、消防液箱(4-2)、发动机总成(4-6)和消防水泵(4-7)；所述挂车底盘(4-1)与无人驾驶消防车底盘(1)之间设有弹簧连接支架；所述发动机总成(4-6)与消防水泵(4-7)之间设有联轴器和变速箱；

所述消防水炮(6)包括炮体水平回转机构(6-1)、炮体俯仰机构(6-2)和炮口调节器(6-3)；所述控制系统(8)检测举升臂架(2)的位置及姿态并驱动液压系统(7)的执行元件动作；

所述控制系统(8)包括主控制器(8-1)、火源识别系统(8-2)、远程遥控显示器(8-3)、换向多路阀电磁铁(8-4)、行走电机控制器(8-5)、发动机控制器(8-6)和水炮控制器(8-7)，所述主控制器(8-1)通过火源识别系统(8-2)识别火源位置。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶消防灭火车组，其特征在于：所述火源识别系统(8-2)包括热成像模块、图像识别模块和识别测算模块。

3.根据权利要求2所述的无人驾驶消防灭火车组，其特征在于：所述热成像模块包括热成像采集单元、热成像处理单元、校准单元和数据传输单元；所述热成像采集单元将采集的图像信息发送至热成像处理单元和校准单元，所述数据传输单元与校准单元连接。

4.根据权利要求2所述的无人驾驶消防灭火车组，其特征在于：所述图像识别模块包括图像采集单元、图像处理单元、识别单元和数据传输单元；所述图像采集单元将采集的图片发送至图像处理单元和识别单元，所述数据传输单元与识别单元连接。

5.根据权利要求2所述的无人驾驶消防灭火车组，其特征在于：所述识别测算模块包括双目成像单元、数据对比单元和数据传输单元；所述数据对比单元对热成像模块识别到的火源，以及图像识别模块识别到的火源的类型进行对比。

6.根据权利要求1所述的无人驾驶消防灭火车组，其特征在于：所述挂车组(4)上安装有避障传感器。

7.根据权利要求1所述的无人驾驶消防灭火车组，其特征在于：所述无人驾驶消防车底盘(1)上安装有与控制系统(8)连接的定位系统。