用于危化空间的消防灭火侦察机器人

技术领域

本发明涉及消防机器人技术领域，具体为用于危化空间的消防灭火侦察机器人。

背景技术

由于我国的火灾事故近年来频繁发生，消防领域的工作越来越受到社会各界的普遍关注。在火灾现场环境非常恶劣的情况下，消防人员灭火救援工作的过程将会面临极大的困难，必须要处于高温并且有毒有害气体浓度较大的环境中，严重威胁了消防人员的生命安全。这种情况下应用消防机器人进行作业，可以最大限度地解决该问题，机器人可以代替消防人员进行某些危险的工作，并能在紧张的消防救援过程中争取到宝贵的时间，确保救援任务顺利开展的时效性及科学性。

危化品空间火灾现场是所有火灾场景中最危险、人员伤亡率最高的火灾场景，危化品空间内可能存在大量具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品，一旦发生火灾，依靠消防员进行扑救会对救援人员的人身安全造成严重威胁。

在此情况下，适用于危化品空间火灾现场的消防机器人的作用显得尤为重要。但是，危化品空间火灾事故现场的浓烟、浓雾恶劣环境为消防救援工作带来严重的阻碍，消防机器人往往需要搭载摄像仪、红外热像仪等设备，作为消防机器人的“眼睛”，保障消防救援工作的顺利进行。尤其是红外热像仪，穿透能力较强，能穿透浓烟、浓雾，分辨出火灾现场较小的温度差异，输出高精度的温度分布图像，可以确定火灾中心位置、燃烧程度和蔓延情况，判断起火点，判断火焰的根部，特别是比较隐蔽的阴燃，帮助消防人员消除复杂火场中的隐藏火源。

摄像仪、红外热像仪等设备通常依靠专用的云台搭载于消防机器人上，实现远程火场或救援现场监控，将实时图像传回现场指挥部中指挥车，通过3G网络或其它中继甚至能将现场实况传回总队指挥中心，为救援现场或火灾现场提供实时的空中全方位立体影像，利于现场指挥员做出更为有利的决策提供依据。

但是现有的消防机器人的云台与连接轴之间通过一体式的减震橡胶垫连接，在机器人行走过程中，摄像仪、红外热像仪等设备具有较大的重量，随时产生震动影响云台的稳定，特别是越障过程中震动较大，对减震垫产生较大的侧向弯矩，易导致减震垫撕裂，使云台跌落损坏，影响使用寿命。

另一方面，适用危化品空间的消防机器人的用电设备较多，移动、避障、图像采集、红外成像等设备都需要动力源供电，现有技术中大多数消防机器人采用较大的锂电池来供电，采用较小的锂电池无法满足续航、供电的时长要求，采用较大的锂电池会增加装置的重量，消防机器人行走的能耗会增加，另一方面较大的锂电池会增加装置的体积，影响消防机器人的通过性能和爬坡越障能力。

因此，研发一种针对危化品空间的消防机器人，替代消防人员进入易燃、易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险事故现场，有效解决消防人员在上述场所面临的动力不足、图像、数据信息采集稳定性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供用于危化空间的消防灭火侦察机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

用于危化空间的消防灭火侦察机器人，其包括底盘及行进机构，还包括：

安装于底盘上的、用于搭载电缆的卷盘；

安装于底盘内的电池箱；

卷盘搭载的电缆首端连接电池箱的充电接口，末端与外部供电设备连接；卷盘内设置有卷簧保持电缆收放过程中始终缠绕收紧；

安装于底盘上方的水箱、高压泵、消防水泡；

所述高压泵通过管路分别连接水箱、消防水泡，水箱中的水经高压泵增压后由消防水泡发射；

设置于水箱上方与水箱固定连接的支撑轴；

安装于支撑轴上的云台；

搭载于云台顶部的摄像仪、红外热像仪；

设置于支撑轴与云台之间的减震机构。

进一步，所述行进机构为履带式行进机构。

进一步，底盘上还安装有避障激光雷达。

进一步，水箱上方安装有导航激光雷达。

进一步，卷盘搭载的电缆末端与供电车连接，由供电车供电。

进一步，摄像仪的镜头上安装有第一护罩和雨刷。

进一步，红外热像仪的镜头上安装有第二护罩。

进一步，所述支撑轴及设置于支撑轴上的轴座；云台及设置于云台底部的云台支座；减震机构设置有：

安装于轴座和云台支座之间的大减震垫；

将、云台支座、大减震垫紧固连接的若干连接单元；

所述连接单元包括小减震垫、套管、螺栓、螺母；

所述小减震垫安装于轴座下方；

云台支座、大减震垫、轴座、小减震垫内部开设有通孔，螺栓安装于所述通孔中，螺栓底部由螺母锁紧；

小减震垫与螺母之间设置有大垫圈；

大减震垫、轴座、小减震垫内部有通孔相互贯通形成第一通孔；所述第一通孔中容置有套管；云台支座上对应第一通孔的位置开设有第二通孔；第二通孔的孔径尺寸小于套管的孔径尺寸；螺栓穿过第二通孔，并延伸出小减震垫外侧，螺栓延伸出小减震垫外侧的部分安装有螺母；

套管的上端部设置于云台支座的下表面，下端部设置于小减震垫的通孔内部，套管下端部与小减震垫的通孔底部之间留有形变距离L。

进一步，减震机构还包括保护罩壳，所述保护罩壳设置有上端面与侧端面，所述上端面安装于螺栓与云台支座之间、将云台支座覆盖；侧端面将大减震垫、轴座、小减震垫、螺母覆盖其内。

进一步，大减震垫为圆环形橡胶垫，小减震垫为圆形橡胶垫。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一、本发明在消防机器人底盘上设计了搭载了电缆的卷盘，通过卷盘实现对电缆的实时收紧；电缆一端连接电池箱，另一端为自由端，可随时与供电设备连接，为电池箱充电。充电过程中，机器人仍可不间断工作，由于卷盘搭载于机器人上，电缆长度的调节完全由卷盘转动实现，避免了电缆拖地产生摩擦带来的不良影响，大大提高了机器人的续航水平；

第二、本发明设计了自主导航式机器人行走底盘，消防水箱自带消防用水，启动后，机器人通过导航激光雷达进行自主导航，通过云台搭载的摄像仪寻找火源，并通过红外热像仪实时掌握现场状况，找到火源后，可通过遥控装置操纵消防水泡对准火源喷射出消防水进行灭火；行走过程中，机器人可以通过避障激光雷达实现自动避障功能；

第三、本发明针对消防机器人的云台设计了由大减震垫与小减震垫组成的双向减震机构，通过螺栓、套管、螺母将云台支座与轴座连接，控制套管的长度使套管下端部与小减震垫的通孔底部之间留有形变距离L，以保证紧固螺母拧紧之后，大减震垫与小减震垫均有少许压缩量，并保留一定的可压缩空间，从而使得系统在上下颠簸或产生侧向弯矩的情况下，大减震垫与小减震垫通过弹性形变，发挥出双向减震的作用，可极大地抵消在不同方向产生的震动。

附图说明

图1为本发明的消防灭火机器人整体结构示意图；

图2为本图1中B处的减震机构剖视图；

图3为本发明的实施例2的结构示意图；

图4为本发明防灭火机器人的局部结构示意图；

图5为云台搭载的摄像仪的结构示意图。

图中：

云台1、云台支座101、摄像仪102、红外热像仪103、第一护罩1021、雨刷 1022、第一护罩1031、减震机构2、螺栓202、套管203、大减震垫204、小减震垫205、大垫圈206、螺母208、保护罩壳209、水箱3、高压泵31、消防水泡32、底盘4、避障激光雷达401、卷盘5、导航激光雷达6、支撑轴7、轴座701、行进机构8、供电车9、电缆91。

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做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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：用于危化空间的消防灭火侦察机器人，其包括底盘4及行进机构8，所述行进机构8优选为履带式行进机构，可适应危化空间的恶劣环境。底盘4上安装有用于搭载电缆91的卷盘5；底盘4内部安装有电池箱，用于为所有设备供电。卷盘5搭载的电缆91首端连接电池箱的充电接口，末端为自由端，可根据需要悬挂于卷盘5上，或选择与外部供电设备连接；卷盘5内设置有卷簧保持电缆91收放过程中始终缠绕收紧。

底盘4上方还安装有水箱3、高压泵31、消防水泡32。所述高压泵31通过管路分别连接水箱3、消防水泡32，水箱3中的水经高压泵31增压后由消防水泡32 发射；水箱3上方与水箱3固定连接有支撑轴7；支撑轴7用于搭载云台1，云台1 顶部安装有摄像仪102、红外热像仪103；参照图5，摄像仪102的镜头上安装有第一护罩1021和雨刷1022。第一护罩1021安装于镜头上，起到保护镜头的作用。雨刷1022由两节连杆和转动座组成，连杆前端为刷头，刷头由两节连杆和转动座带动可实现转动及俯仰动作，对镜头进行清理。红外热像仪103的镜头上安装有第二护罩1031，起到防尘、防撞、防雨作用。

底盘4上还安装有避障激光雷达401。进一步，水箱3上方安装有导航激光雷达6。启动后，消防机器人通过导航激光雷达进行自主导航，通过云台搭载的摄像仪寻找火源，并通过红外热像仪实时掌握现场状况，找到火源后，可通过遥控装置操纵消防水泡对准火源喷射出消防水进行灭火；行走过程中，机器人可以通过避障激光雷达实现自动避障。

水箱3上壳体固定连接有支撑轴7，支撑轴7上设置用于连接其他装置的轴座 701。还包括云台1及设置于云台1底部的用于实现云台1与其它装置连接的云台支座101。云台1顶部位置搭载有摄像仪102、红外热像仪103，摄像仪102、红外热像仪103具有较大的重量，因此，云台1与支撑轴7之间需设计合理的减震机构，提高整个设备的使用寿命。具体设置如下：

轴座701和云台支座101之间安装有大减震垫204，所述大减震垫204优选为圆环形橡胶垫，圆环的宽度、厚度可根据需要灵活设置。

轴座701、云台支座101的圆周上设置有若干连接单元，优选间隔90°设置有4个连接单元，保持良好的稳定性。4个连接单元将轴座701、云台支座101、大减震垫204紧固连接，所述连接单元包括小减震垫205、套管203、螺栓202、螺母208。

所述小减震垫205安装于轴座701下方，小减震垫205为圆形橡胶垫，小减震垫205与螺母208之间设置有大垫圈206，大垫圈206也优选设置为圆形橡胶垫。云台支座101、大减震垫204、轴座701、小减震垫205内部开设有通孔，螺栓202 安装于所述通孔中，螺栓202底部由螺母208锁紧。

实施例1：

本实施例中，大减震垫204、轴座701、小减震垫205内部有通孔相互贯通形成第一通孔；所述第一通孔中容置有套管203；云台支座101上对应第一通孔的位置开设有第二通孔；第二通孔的孔径尺寸小于套管203的孔径尺寸；螺栓202 穿过第二通孔，并延伸出小减震垫205外侧，螺栓202延伸出小减震垫205外侧的部分安装有螺母208。套管203的上端部设置于云台支座101的下表面，下端部设置于小减震垫205的通孔内部，套管203下端部与小减震垫205的通孔底部之间留有形变距离L，形变距离L优选在1mm-12mm之间设置。拧紧螺母208使大垫圈206 与套管203下端部接触，大减震垫与小减震垫即达到最大限度压缩量。安装时，通过调整螺母208的锁紧程度，使大减震垫与小减震垫均有少许压缩量，并保留一定的可压缩空间，系统在上下颠簸或产生侧向弯矩的情况下，大减震垫与小减震垫通过弹性形变，发挥出双向减震的作用，将不同方向产生的震动抵消。

本实施例减震机构2设置有保护罩壳209，所述保护罩壳209设置有上端面与侧端面，所述上端面安装于螺栓202与云台支座101之间、将云台支座101覆盖；侧端面将大减震垫204、轴座701、小减震垫205、螺母208覆盖其内。通过保护罩壳209，将整个减震机构覆盖其中，起到防火、防水、防尘的作用。

实施例2：

本实施例中，机器人的电池箱的电力不足时，卷盘5搭载的电缆91末端由人工或机械设备牵引，与供电车9的供电接口连接，由供电车9供电。在充电及机器人移动过程中，通过卷盘始终实现对电缆的实时收紧。

充电过程中，机器人仍可不间断工作，由于卷盘搭载于机器人上，电缆长度的调节完全由卷盘转动实现，避免了电缆拖地产生摩擦带来的不良影响，大大提高了机器人的续航水平。

充电完成后，将电缆91与供电车9的供电接口分离，在卷盘5内部的卷簧的作用下，电缆91自动回收至卷盘5上，可继续完成消防工作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。