CN210020926U - 一种集群式消防机器人协作侦察灭火*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集群式消防机器人协作侦察灭火***，包括至少一台灭火机器人和至少一台侦察机器人，每台灭火机器人与至少一台侦察机器人级联，灭火机器人与侦察机器人之间通过脱挂钩组件连接；当与灭火机器人级联的侦察机器人台数为两台及以上时，相邻的侦察机器人之间也通过脱挂钩组件连接。采用前挂钩机构和后导引罩机构实现了灭火机器人和侦察机器人自动快速对接和分离，机器人级联串接，实现多台机器人群体多级连接，提高了机器人带负载能力，解决因消防现场地面湿滑带来的灭火机器人拖动水带打滑进而导致的贻误救援时机问题。

Description

一种集群式消防机器人协作侦察灭火***

技术领域

本实用新型属于消防机器人领域，具体涉及一种集群式消防机器人协作侦察灭火***。

背景技术

火灾频繁发生，严重危害人民的生活和财产安全。消防机器人作为辅助消防员执行危险任务的工具，需要在火灾发生后随消防员一同奔赴火灾现场，并在火灾现场辅助或替代消防员进行信息收集、辅助灭火及人员搜救等操作。消防机器人主要分为侦察机器人和灭火机器人，侦察机器人主要用于对现场环境侦察，将环境参数或现场图像视频回传至控制台供消防人员分析和决策；灭火机器人则可通过机身上的消防炮连接后方消防车水带进行喷射灭火。

目前，侦察机器人一般行动灵活可直接进入灾害现场侦察，灭火机器人则在现场***拖动水带扑救灭火。即使采用了履带式移动底盘的机构，由于现场地形复杂且消防炮喷射时地面湿滑，履带与湿滑地面接触后摩擦变小，机器人极易发生打滑问题，使机器人负载能力急速下滑，无法拖动后方充满水的水带，从而影响现场部署，贻误抢救时机。

针对提高灭火机器人负载并抗打滑问题，目前主流方案主要有履带式移动底盘，例如专利号201820562957.9公布的智能消防灭火机器人，专利号201810644499.8公布的一种智能消防灭火机器人等。

另外，对火源侦察和精准扑救技术层面，目前携带消防水炮的机器人绝大多数需依赖后方消防人员采用操作控制台对机器人的水炮三维角度进行手动调整，费时费力且依靠试错而贻误抢救。而采用直接将视觉设备放置在灭火机器人上的方法难以获得足够的视野，无法实现火源和射流落点的精确定位灭火。采用无人机方案进行火源侦察的方案存在较大弊端，例如火焰对上空无人机危害性极大；其次，无人机的定位精度取决于GPS定位精度，差分GPS价格较贵导致***成本过高；另外，当室内着火时，GPS定位***无法工作，无人机协助灭火***无法正常作业。

针对提高对现场火源侦察和精准灭火问题，主要采用灭火机器人安装双目视觉设备或采用无人机辅助法，例如专利号为201520997745.X的专利公布的智能消防机器人，201721688135.7的发明专利公布的基于无人机和智能消防机器人的精确灭火***等。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种集群式消防机器人协作侦察灭火***，解决恶劣灾害现场下灭火机器人负载下降问题，同时解决灭火机器人对火源识别和精准喷射难题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集群式消防机器人协作侦察灭火***，包括至少一台灭火机器人和至少一台侦察机器人，每台灭火机器人与至少一台侦察机器人级联，灭火机器人与侦察机器人之间通过脱挂钩组件连接；当与灭火机器人级联的侦察机器人台数为两台及以上时，相邻的侦察机器人之间也通过脱挂钩组件连接。

具体的，所述脱挂钩组件包括相互连接的前挂钩机构和后导引罩机构，前挂钩机构设置于每台灭火机器人和每台侦察机器人的前端，后导引罩机构设置于每台侦察机器人的后端。

具体的，所述前挂钩机构的最前端设有多个接近开关，前挂钩机构的中部设有卡接后导引罩机构的凹槽，凹槽有两个，对称设置，两凹槽之间设置有控制后导引罩机构卡接和脱离的电磁铁。

具体的，所述凹槽内设有伸缩挡块，伸缩挡块与凹槽内壁之间通过弹簧-D连接，伸缩挡块还有电磁铁的衔铁连接。

具体的，所述后导引罩机构包括上扣板、下扣板、转轴、拉簧，上扣板和下扣板均为金属板，相对设置，上扣板和下扣板的一端通过转轴连接，且上扣板和下扣板通过转轴固定于侦察机器人的后端，上扣板和下扣板的另一端均设置有能够扣接于前挂钩机构凹槽内的立板，上扣板和下扣板之间连接有拉簧。

具体的，所述侦察机器人包括能驱动侦察机器人前进、后退和转弯的第一履带移动底盘，能对侦察机器人通讯控制、驱动控制和决策的第一控制模块，能对侦察机器人前方或周围目标兴趣点的空间三维立体定位的视觉模块，能对视觉模块进行三维姿态调整的云台机构，能与其它侦察机器人、灭火机器人和控制台通讯的第一通讯模块，能对灾害现场参数进行侦察并实时回传的侦察传感机构；第一控制模块、第一通讯模块安装于第一履带移动底盘内部，云台机构、侦察传感机构安装于第一履带移动底盘上，视觉模块设置于云台机构上，第一履带移动底盘、视觉模块、云台机构、第一通讯模块、侦察传感机构均与第一控制模块连接，所述第一控制模块还与侦察机器人前端的前挂钩机构中的电磁铁、接近开关连接。

具体的，所述灭火机器人包括能驱动灭火机器人前进、后退和转弯的第二履带移动底盘，能进行水平、垂向角度调整并进行喷水、喷雾喷射形式变换的自动消防水炮，能对灭火机器人通讯控制、驱动控制和决策的第二控制模块，能与其它侦察机器人、灭火机器人和控制台通讯的第二通讯模块；自动消防水炮设置于第二履带移动底盘上，第二控制模块、第二通讯模块设置于第二履带移动底盘内部，第二履带移动底盘、自动消防水炮、第二通讯模块均与第二控制模块连接，所述第二控制模块还与灭火机器人前端的前挂钩机构中的电磁铁、接近开关连接。

具体的，所述第一履带移动底盘、第二履带移动底盘均为履带式移动平台、轮式移动平台、轮履复合移动平台中的一种。

本实用新型具有以下有益效果：

1)本实用新型采用前挂钩机构和后导引罩机构实现了灭火机器人和侦察机器人自动快速对接和分离，实现多台机器人群体多级级联串接，提高了机器人带负载能力，解决因消防现场地面湿滑带来的灭火机器人拖动水带打滑进而导致的贻误救援时机问题。

2)本实用新型实现在高危火灾等恶劣环境中，多个侦察和灭火机器人组成集群***、协同作业：侦察机器人和灭火机器人协同级联作业，将灭火机器人和消防水带拖至指定位置部署，而后侦察机器人脱离灭火机器人实现现场侦察，对火源位置精准识别，为灭火机器人精准火源喷射提供空间位置基础，提高灭火精准性和效率，节省抢险时间，大大降低人员伤亡和财产损失。

附图说明

图1是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***灭火机器人和侦察机器人级联立体结构示意图。

图2是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***灭火机器人和侦察机器人级联主视结构示意图

图3是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***灭火机器人和侦察机器人级联左视结构示意图。

图4是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***侦察机器人主视结构示意图。

图5是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***侦察机器人右视结构示意图。

图6是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***侦察机器人的第一履带移动底盘俯视结构示意图。

图7是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***灭火机器人主视结构示意图。

图8是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***灭火机器人的第二履带移动底盘俯视结构示意图。

图9是本实用新型集群式消防机器人协作侦察灭火***前挂钩机构放大结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1、图2所示，一种集群式消防机器人协作侦察灭火***，包括至少一台灭火机器人2和至少一台侦察机器人1，每台灭火机器人2与至少一台侦察机器人1级联，灭火机器人2与侦察机器人1之间通过脱挂钩组件3连接；当与灭火机器人2级联的侦察机器人1台数为两台及以上时，相邻的侦察机器人1之间也通过脱挂钩组件3连接。

侦察机器人1、灭火机器人2还可与控制台无线连接，侦察机器人1、灭火机器人2将数据信息传输至控制台并由控制台控制侦察机器人1、灭火机器人2动作。控制台的结构及控制方式采用现有技术，可参考申请人申请的其他相关专利中的结构及控制方式。

如图2、3、7所示，侦察机器人1包括第一履带移动底盘11、第一控制模块12、视觉模块13、云台机构14、第一通讯模块15、侦察传感机构16。第一履带移动底盘11为履带式移动平台、轮式移动平台、轮履复合移动平台中的一种，驱动侦察机器人1前进、后退和转弯等。

第一控制模块12设置于第一履带移动底盘11内部，主要实现对机器人的通讯控制、驱动控制和决策等功能。第一履带移动底盘11、视觉模块13、云台机构14、第一通讯模块15、侦察传感机构16均与第一控制模块12连接。第一控制模块12还与侦察机器人1前端的前挂钩机构31中的电磁铁314、接近开关315连接。

视觉模块13设置于云台机构14上方，可实现对第一履带移动底盘11前方或周围目标兴趣点的空间三维立体定位，并且受第一控制模块12控制。

云台机构14安装在第一履带移动底盘11上方，并且受第一控制模块12控制，可对视觉模块13进行三维姿态调整，从而使视觉模块13获得更大的视野范围。

第一通讯模块15设置于第一履带移动底盘11内部，可实现与相连的灭火机器人2中的第二控制模块23以及其它侦察、灭火机器人和控制台之间的通讯功能。

侦察传感机构16设置于第一履带移动底盘11上方，用以对灾害现场参数进行侦察并实时回传。

上述侦察机器人1的整体功能为：第一履带移动底盘11实现机器人空间位置运动变化，第一控制模块12是机器人控制核心，可控制云台机构14带动视觉模块13实现空间三维图像视频采集和处理，控制第一通讯模块15与外部通讯模块通讯，控制侦察传感机构16采集环境相关参数并回传，供控制台和消防指挥人员使用决策。

如图2、图8所示，灭火机器人2包括第二履带移动底盘21、自动消防水炮22、第二控制模块23、第二通讯模块24。第二履带移动底盘21、自动消防水炮22、第二通讯模块24均与第二控制模块23连接，第二控制模块23还与灭火机器人2前端的前挂钩机构31中的电磁铁314、接近开关315连接。

第二履带移动底盘21为履带式移动平台、轮式移动平台、轮履复合移动平台中的一种，驱动灭火机器人2前进、后退和转弯等。

自动消防水炮22设置于第二履带移动底盘21平台上部，实现和后方消防管路连接进行灭火，自动消防水炮22还可进行水平、垂向角度调整，可进行喷水、喷雾等喷射形式变换，根据第二控制模块23计算出的自动消防水炮22所需调整的喷射艏向角、俯仰角，从而精准定点灭火。自动消防水炮22的详细结构可参见申请号为201811138551.9的一种全地形消防机器人及工作方法中消防水炮***200的结构。

第二控制模块23设置于第二履带移动底盘21内部，主要实现对灭火机器人2的通讯控制、驱动控制和决策等功能。

第二通讯模块24设置于第二履带移动底盘21内部，可实现与侦察机器人1中的第一通讯模块15以及其它侦察、灭火机器人和控制台之间的通讯功能。

上述灭火机器人2的整体功能为：第二履带移动底盘21带动灭火机器人2运动，通过第二控制模块23控制自动消防水炮22进行角度调整实现定点灭火，同时还可将自身状态信息等通过第二通讯模块24与其他灭火机器人、侦察机器人和控制台交互。

如图4-9所示，脱挂钩组件3包括相互连接的前挂钩机构31和后导引罩机构32，前挂钩机构31设置于每台灭火机器人2和每台侦察机器人1的前端，后导引罩机构32设置于每台侦察机器人1的后端。

前挂钩机构31包括锥形锤311、伸缩挡块312、挂钩基座313、电磁铁314、接近开关315，锥形锤311、伸缩挡块312和挂钩基座313组成前挂钩机构31的主体。

挂钩基座313固定于侦察机器人1以及灭火机器人2的前端，锥形锤311为截面梯形的长条结构，设置在挂钩基座313前端，挂钩基座313截面呈梯形，伸缩挡块312包括：上导引挡块312-A和下导引挡块312-B，上导引挡块312-A和下导引挡块312-B上下对称设置，结构完全相同，截面为梯形长条，分别设置在锥形锤311与挂钩基座313连接处的两个梯形槽312-C内。梯形槽312-C为锥形锤311与挂钩基座313连接交界，上下对称设置，横截面为梯形。

伸缩挡块312与梯形槽312-C内壁间还设置有弹簧312-D，用以将伸缩挡块312拉紧至梯形槽312-C内，使伸缩挡块312与锥形锤311和挂钩基座313形成缺口，便于***后导引罩机构32并使锥形锤311锁入上扣板321和下扣板322内。而当锥形锤311***上扣板321、下扣板322后，由于上扣板321、下扣板322中拉簧324的作用，从而将伸缩挡块312下压至梯形槽312-C，上扣板321、下扣板322从而可以锁住锥形锤311。

伸缩挡块312内侧连接电磁铁314的衔铁，当电磁铁314通电时，衔铁将伸缩挡块312中的上导引挡块312-A和下导引挡块312-B弹出梯形槽312-C，使伸缩挡块312与锥形锤311和挂钩基座313形成纺锤体结构，从而使锥形锤311脱离后导引罩机构32。所述电磁铁314还连接侦察机器人1中的第一控制模块12或灭火机器人2中的第二控制模块23并受其控制。

锥形锤311的最前端设有多个接近开关315，每个前挂钩机构31中接近开关315的数量为3套，分别设置在锥形锤311前端的的两侧和中间，当前挂钩机构31与后导引罩机构32对接成功时，接近开关315会检测到后导引罩机构32中上扣板321、下扣板322金属信号，从而使机器人获知对接成功。接近开关315还连接侦察机器人1中的第一控制模块12或灭火机器人2中的第二控制模块23并受其控制。

后导引罩机构32设置在每台侦察机器人1中第一履带移动底盘11的后端盖中央水平处，包括上扣板321、下扣板322、转轴323、拉簧324，上扣板321、下扣板322结构大小相同，两机构相对放置，截面为割刀长条形状，上扣板321和下扣板322相对设置，上扣板321和下扣板322的一端通过转轴323连接，且上扣板321和下扣板322通过转轴323固定于侦察机器人1的后端，上扣板321和下扣板322的另一端均设置有能够扣接于前挂钩机构31的凹槽内的立板，上扣板321和下扣板322之间连接有拉簧324，实现上扣板321和下扣板322的扣紧效果。

1.侦察机器人1和灭火机器人2对接和分离方法如下：

上述前挂钩机构31和后导引罩机构32的对接工作方法为：

灭火机器人2携带着前挂钩机构31行进，靠近安装有后导引罩机构32的侦察机器人1。当灭火机器人2处于侦察机器人1正后方时，消防人员继续操纵灭火机器人2前进，或操纵侦察机器人1后退，此时由锥形锤311、伸缩挡块312和挂钩基座313组成的纺锤体结构开始***上扣板321、下扣板322内，该过程中接近开关315实时检测锥形锤311与上扣板321、下扣板322的距离，当锥形锤311进入上扣板321、下扣板322内，且锥形锤311被卡住时，接近开关315给出距离信号和就绪信号，从而控制器检测到信号后给出提示，提醒消防人员完成前挂钩机构31和后导引罩机构32对接作业。

上述前挂钩机构31和后导引罩机构32的分离工作方法如下：

消防人员将分离指令发送至第二通讯模块24，第二控制模块23接收到指令后控制电磁铁314通电，衔铁将伸缩挡块312中的上导引挡块312-A和下导引挡块312-B弹出梯形槽312-C，使伸缩挡块312与锥形锤311和挂钩基座313形成纺锤体结构，从而使锥形锤311脱离后导引罩机构32中的上扣板321、下扣板322。在此过程中，接近开关315实时检测锥形锤311与上扣板321、下扣板322的距离，当锥形锤311从上扣板321、下扣板322脱离后，接近开关315给出距离信号和脱离完成信号，从而提醒消防人员。

相邻两台侦察机器人1之间的对接和分离方法同上。

2.侦察机器人和灭火机器人级联作业方法如下：

1)首先根据侦察机器人1和灭火机器人2对接，使侦察机器人1和灭火机器人2级联，接近开关315检测到级联成功后将管控指令通过第一通讯模块15发送至第二通讯模块24；

2)第二控制模块23收到管控指令后进行回应，侦察机器人1和灭火机器人2等待进一步指令；

3)消防人员发出控制指令后，第一控制模块12和第二控制模块23同时驱动机器人工作，实现串级作业，带动更大负载前进；

4)当机器人到达合适的部署位置后，消防人员发出分离指令后，配合侦察机器人1和灭火机器人2实施前挂钩机构31和后导引罩机构32的分离作业流程。

更进一步的，对于上述级联方法中，还可利用相同的方法，将多台侦察机器人1首尾级联串接，即：第一台侦察机器人的后导引罩机构32连接第二台侦察机器人的前挂钩机构31，第二台侦察机器人的后导引罩机构32连接第三台侦察机器人的前挂钩机构31，以此类推，最后一台侦察机器人的后导引罩机构32连接灭火机器人的前挂钩机构31，从而实现多台机器人的托带负载力级联效果，提高机器人载荷性能，减少因机器人与湿滑地面摩擦减少而导致拖动水带性能下降等问题。

3.侦察机器人和灭火机器人协同作业方法如下：

1)当侦察机器人1和灭火机器人2分离后，侦察机器人1进入侦察作业阶段，通过控制云台机构14三维旋转，利用视觉模块13搜寻并定位火源位置；

2)当定位完火源位置后，侦察机器人1原位控制云台机构14和视觉模块13搜寻灭火机器人2，推算灭火机器人2相对侦察机器人1的空间相对位置，而后反推计算火源相对灭火机器人2的空间三维位置，最终根据自动消防水炮22喷射经验参数或喷射抛物线建模曲线计算出自动消防水炮22喷射的艏向角和俯仰角，并将该参数发送至灭火机器人2；

3)灭火机器人2接收到指令后，第二控制模块23控制自动消防水炮22调整至合适喷射角度实时灭火，由于灭火机器人2中第二履带移动底盘21运动的艏向角有一定偏差，此时水炮落地点距离火源有一定偏差；

4)此时侦察机器人1还实时通过视觉模块13检测灭火机器人2水流喷射轨迹和落地点，计算与火焰偏差，发出参数修正指令并发送至第二通讯模块24；

5)第二控制模块23接受到指令后，实时控制自动消防水炮22进行角度修正，从而使喷射水流落入火源范围内。

更进一步的，上述侦察机器人和灭火机器人协同工作中，每台侦察机器人1可以配合与之对应的灭火机器人2进行精准定点灭火作业。

本实用新型中未详细公开的结构，如侦察机器人1、灭火机器人2的必要的其他结构，均为现有技术，可参照申请人在本实用新型的申请日之前提出的专利申请中的机器人结构。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，包括至少一台灭火机器人和至少一台侦察机器人，每台灭火机器人与至少一台侦察机器人级联，灭火机器人与侦察机器人之间通过脱挂钩组件连接；当与灭火机器人级联的侦察机器人台数为两台及以上时，相邻的侦察机器人之间也通过脱挂钩组件连接。

2.如权利要求1所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述脱挂钩组件包括相互连接的前挂钩机构和后导引罩机构，前挂钩机构设置于每台灭火机器人和每台侦察机器人的前端，后导引罩机构设置于每台侦察机器人的后端。

3.如权利要求2所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述前挂钩机构的最前端设有多个接近开关，前挂钩机构的中部设有卡接后导引罩机构的凹槽，凹槽有两个，对称设置，两凹槽之间设置有控制后导引罩机构卡接和脱离的电磁铁。

4.如权利要求3所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述凹槽内设有伸缩挡块，伸缩挡块与凹槽内壁之间通过弹簧连接，伸缩挡块还有电磁铁的衔铁连接。

5.如权利要求2所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述后导引罩机构包括上扣板、下扣板、转轴、拉簧，上扣板和下扣板相对设置，上扣板和下扣板的一端通过转轴连接，且上扣板和下扣板通过转轴固定于侦察机器人的后端，上扣板和下扣板的另一端均设置有能够扣接于前挂钩机构的凹槽内的立板，上扣板和下扣板之间连接有拉簧。

6.如权利要求5所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述上扣板、下扣板均为金属板。

7.如权利要求1-6任一所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述侦察机器人包括能驱动侦察机器人前进、后退和转弯的第一履带移动底盘，能对侦察机器人通讯控制、驱动控制和决策的第一控制模块，能对侦察机器人前方或周围目标兴趣点的空间三维立体定位的视觉模块，能对视觉模块进行三维姿态调整的云台机构，能与其它侦察机器人、灭火机器人和控制台通讯的第一通讯模块，能对灾害现场参数进行侦察并实时回传的侦察传感机构；

第一控制模块、第一通讯模块安装于第一履带移动底盘内部，云台机构、侦察传感机构安装于第一履带移动底盘上，视觉模块设置于云台机构上，第一履带移动底盘、视觉模块、云台机构、第一通讯模块、侦察传感机构均与第一控制模块连接，所述第一控制模块还与侦察机器人前端的前挂钩机构中的电磁铁、接近开关连接。

8.如权利要求1-6任一所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述灭火机器人包括能驱动灭火机器人前进、后退和转弯的第二履带移动底盘，能进行水平、垂向角度调整并进行喷水、喷雾喷射形式变换的自动消防水炮，能对灭火机器人通讯控制、驱动控制和决策的第二控制模块，能与其它侦察机器人、灭火机器人和控制台通讯的第二通讯模块；

自动消防水炮设置于第二履带移动底盘上，第二控制模块、第二通讯模块设置于第二履带移动底盘内部，第二履带移动底盘、自动消防水炮、第二通讯模块均与第二控制模块连接，所述第二控制模块还与灭火机器人前端的前挂钩机构中的电磁铁、接近开关连接。

9.如权利要求8所述的集群式消防机器人协作侦察灭火***，其特征在于，所述侦察机器人的第一履带移动底盘、灭火机器人的第二履带移动底盘均为履带式移动平台、轮式移动平台、轮履复合移动平台中的一种。

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