消防用喷淋装置及其控制系统的制作方法

1.本发明涉及消防安全技术领域，尤其涉及消防用喷淋装置及其控制系统。


背景技术：

2.交通隧道、地下建筑或地下空间等场所火灾事故频发，而且常常造成大量人员、财产的损失，上述场所火灾扑救的难度在于：火灾的发生和发展的复杂性很大，人员难以接近火灾发生区域，常规消防灭火系统难以施展，即使可以采用常规消防灭火系统，在上述场所的应用成本也会很高。
3.现有技术中大多利用消防机器人对上述火灾扑救十分困难的场所进行灭火的技术。消防机器人在国外已有多年的历史，目前存在的消防机器人可以深入到火灾的中心地带，而消防机器人的操纵者可以在百米之外进行遥控。对于上述火灾扑救十分困难的场所来说，利用消防机器人来进行灭火救灾，是一种灵活、有效、安全的方法。
4.现有技术中消防机器人对火灾情况进行侦查使时，由于发生火灾产生大量的浓烟，浓烟中含有大量的颗粒与空气中的水分混合，易覆盖在摄像头的表面，无法正常对内部的情况进行观察，而机器人不断快速前进，喷水管与墙壁碰撞，容易使喷水管断裂，影响喷水管的正常喷水。
5.因此，有必要提供一种新的消防用喷淋装置及其控制系统解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供消防用喷淋装置及其控制系统。
7.本发明提供的消防用喷淋装置包括消防机器人、感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块，所述感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块集成于所述消防机器人上，所述消防机器人具有蓝牙接口，所述感知模块用于探测环境与避障，所述消防模块用于发现火源后通过水或泡沫进行灭火工作，所述行走模块用于实现行走、越障以及爬坡，所述控制模块用于接收取指令并控制消防机器人完成指令；
8.所述消防机器人包括旋转底盘、支撑台座、多角度旋转机器头、两个相对的活动关节骨架，所述旋转底盘固定在行走模块顶部，所述支撑台座固定在旋转底盘顶部，所述支撑台座用于承载消防模块，所述支撑台座的一侧设有信号接收器，所述信号接收器用于完成信号收发及定位，两个所述活动关节骨架分别活动安装于所述支撑台座两端，其中一个所述活动关节骨架的一端设有机器手，所述消防模块的出水端穿设于另一个所述活动关节骨架的一端，所述多角度旋转机器头安装于所述支撑台座顶部，所述感知模块位于所述多角度旋转机器头上；
9.所述感知模块包括红外摄像头以及超声波传感器，所述红外摄像头用于探测周围环境及传递图像信息，所述超声波传感器用于障碍规避，所述红外摄像头以及超声波传感器分别安装于所述多角度旋转机器头上。
10.进一步地，所述活动关节骨架包括主骨架、加长骨架、第一关节臂以及第二关节
臂，所述主骨架固定连接于所述支撑台座顶部，所述加长骨架的两端分别与所述主骨架以及所述第一关节臂相铰接，所述第二关节臂一端与所述第一关节臂远离所述加长骨架的一端相铰接，所述主骨架、加长骨架、第一关节臂以及第二关节臂的连接处分别设有旋转型弹性驱动器。
11.进一步地，所述行走模块包括护甲底盘、支撑板以及两个相对的防护骨架，所述护甲底盘以及所述支撑板的两侧分别固定连接于两个所述防护骨架相对的两侧，所述支撑板位于所述防护骨架上方，所述支撑板与所述旋转底盘底部固定连接，两个所述防护骨架的边角处分别安装有麦克纳姆轮，所述防护底盘上分别安装有两个用于驱动麦克纳姆轮转动的减速电机，两个所述减速电机分别用于驱动两个所述防护骨架内的麦克纳姆轮。
12.进一步地，所述行走模块包括支撑骨架以及两个相对的履带，所述支撑骨架与所述旋转底盘底部固定连接，所述支撑骨架上分别设有两个用于驱动履带转动的驱动电机。
13.进一步地，所述行走模块包括悬架以及安装骨架，所述悬架固定于所述安装骨架一端，所述悬架的两侧分别安装有两个行走轮，所述安装骨架的两侧分别设有两个相对的履轮，所述安装骨架底部分别设有用于驱动两个所述履轮转动的动力电机。
14.进一步地，所述消防模块包括用于存放消防物质的存储箱、出液管以及增压喷头，所述存储箱固定连接于所述支撑台座顶部，所述存储箱的一侧分别穿设有清水添加管以及泡沫添加管，所述出液管的一端穿设于所述存储箱内，所述出液管远离所述存储箱的一端与所述增压喷头相连接，所述增压喷头安装于所述第二关节臂一端。
15.喷淋控制系统，包括处理模块、显示模块以及远程遥控模块，所述处理模块用于收集分析数据并发布工作指令，所述显示模块用于显示图像信息、指令历史信息、机器人运动信息、gps信息以及人机交互模式切换，所述远程遥控模块用于人机交互控制消防机器人行动，所述远程遥控模块与所述显示模块无线连接将机器人数据显示在显示模块中；
16.所述远程遥控模块包括面板控制单元、语音控制单元以及蓝牙无线手柄控制单元，所述面板控制单元通过触屏操作完成对消防机器人的行动，所述语音控制单元用于利用蓝牙语音来控制消防机器人的行动，所述蓝牙无线手柄控制单元通过无线手柄来实现控制消防机器人的行动。
17.进一步地，所述蓝牙无线手柄控制单元操作步骤如下：
18.s01：初始化蓝牙无线手柄；
19.s02：创建并打开手柄蓝牙接收线程，与消防机器人进行蓝牙交互；
20.s03：读取手柄数据；
21.s04：解析控制指令意图；
22.s05：显示控制指令对应的操作意图；
23.s06：重新打包发送控制指令给消防机器人。
24.与相关技术相比较，本发明提供的消防用喷淋装置及其控制系统具有如下
25.有益效果：
26.1、本发明中通过在消防机器人上安装感知模块，并通过红外摄像头以及超声波传感器进行探测环境与避障，进一步提高消防机器人的融合感知，增加消防机器人分析理解环境信息的能力。
27.2、通过控制模块来控制活动关节骨架的启停实现多关节转动，并且活动关节骨架
配合消防模块实现多角度喷洒的效果，使得消防机器人操作更加灵活，在灭火过程中如遇障碍无法精准喷洒火源时可通过活动关节骨架上的机器手及时进行清障。
28.3、本发明中远程遥控模块提供三种人机交互控制方式，操作人员可根据需求选择不同的交互模式，通过人机交互控制消防机器人的运动，完成应急消防任务。
29.4、在行走过程中如遇到翻车情况可通过控制活动关节骨架对地面进行支撑，使消防机器人可以更好的进行翻身，可适应于杂乱环境。
附图说明
30.图1为本发明提供的消防用喷淋装置的一种较佳实施例的结构示意图；
31.图2为图1所示的行走模块的结构示意图；
32.图3为图1所示的消防机器人的结构示意图一；
33.图4为图1所示的消防机器人的结构示意图二；
34.图5为图1所示的增压喷头的结构示意图；
35.图6为本发明提供的消防用喷淋装置的实施例二的结构示意图；
36.图7为图6所示的行走模块的结构示意图；
37.图8为本发明提供的消防用喷淋装置的实施例三的结构示意图；
38.图9为图8所示的行走模块的结构示意图一；
39.图10为图8所示的行走模块的结构示意图二；
40.图11为本发明提供的喷淋控制系统的系统框图；
41.图12为本发明提供的蓝牙无线手柄控制单元的流程框图；
42.图13为本发明提供的消防机器人的灭火流程框图；
43.图14为本发明提供的语音控制单元的流程框图；
44.图15为本发明提供的感知模块的布局效果图。
45.图中标号：1、旋转底盘；2、支撑台座；3、多角度旋转机器头；4、机器手；5、红外摄像头；6、超声波传感器；7、主骨架；8、加长骨架；9、第一关节臂；10、第二关节臂；11、旋转型弹性驱动器；12、护甲底盘；13、支撑板；14、防护骨架；15、麦克纳姆轮；16、减速电机；17、支撑骨架；18、履带；19、驱动电机；20、悬架；21、安装骨架；22、行走轮；23、履轮；24、动力电机；25、存储箱；26、出液管；27、增压喷头；28、清水添加管；29、泡沫添加管；30、信号接收器。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
47.请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14以及图15，其中，图1为本发明提供的消防用喷淋装置的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的行走模块的结构示意图；图3为图1所示的消防机器人的结构示意图一；图4为图1所示的消防机器人的结构示意图二；图5为图1所示的增压喷头的结构示意图；图6为本发明提供的消防用喷淋装置的实施例二的结构示意图；图7为图6所示的行走模块的结构示意图；图8为本发明提供的消防用喷淋装置的实施例三的结构示意图；图9为图8所示的行走模块的结构示意图一；图10为图8所示的行走模块的结构示意图二；图11为本发明提供的喷淋控制系统的系统框图；图12为本发明提供的蓝牙无线手柄控制单元的流程框图；图13
为本发明提供的消防机器人的灭火流程框图；图14为本发明提供的语音控制单元的流程框图；图15为本发明提供的感知模块的布局效果图。
48.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.实施例一
50.在具体实施过程中，如图1-图5所示，消防用喷淋装置包括消防机器人、感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块，感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块集成于消防机器人上，消防机器人具有蓝牙接口，感知模块用于探测环境与避障，消防模块用于发现火源后通过水或泡沫进行灭火工作，行走模块用于实现行走、越障以及爬坡，控制模块用于接收取指令并控制消防机器人完成指令，消防机器人包括旋转底盘1、支撑台座2、多角度旋转机器头3、两个相对的活动关节骨架，旋转底盘1固定在行走模块顶部，支撑台座2固定在旋转底盘1顶部，支撑台座2用于承载消防模块，支撑台座2的一侧设有信号接收器30，信号接收器30用于完成信号收发及定位，两个活动关节骨架分别活动安装于支撑台座2两端，其中一个活动关节骨架的一端设有机器手4，消防模块的出水端穿设于另一个活动关节骨架的一端，多角度旋转机器头3安装于支撑台座2顶部，感知模块位于多角度旋转机器头3上；
51.感知模块包括红外摄像头5以及超声波传感器6，红外摄像头5用于探测周围环境及传递图像信息，超声波传感器6用于障碍规避，红外摄像头5以及超声波传感器6分别安装于多角度旋转机器头3上，红外摄像头5火源探测可以通过火源的几种不同特征完成，如温度、烟雾、燃烧气体和热辐射，火焰放射出的光波长度随温度变化而改变，火源放出的辐射有紫外线、可见光和红外线。火焰探测器通过高分辨率频谱分析仪分析这些射线的特性，从而识别火源，参考图15所示，x轴与红外射线光束中心的角度均为π/2，r为机器人的半径，di为障碍物与机器人(红外摄像头5)之间的距离，阈值ds为机器人与障碍物之间的安全距离，表示机器人与障碍物之间有足够距离，不触发障碍规避机制，由此，可得到障碍检测规避规则如下：如果di-r≤ds，则机器人发现障碍，如果di-r＞ds，则机器人未发现障碍，当超声波传感器6探测到障碍物时，传感器信号为强，反之信号为弱；
52.活动关节骨架包括主骨架7、加长骨架8、第一关节臂9以及第二关节臂10，主骨架7固定连接于支撑台座2顶部，加长骨架8的两端分别与主骨架7以及第一关节臂9相铰接，第二关节臂10一端与第一关节臂9远离加长骨架8的一端相铰接，主骨架7、加长骨架8、第一关节臂9以及第二关节臂10的连接处分别设有旋转型弹性驱动器11，通过控制模块来控制旋转型弹性驱动器11的启停实现多关节转动，并且活动关节骨架配合消防模块实现多角度喷洒的效果，使得消防机器人操作更加灵活，在灭火过程中如遇障碍无法精准喷洒火源时可通过活动关节骨架上的机器手4及时进行清障；
53.行走模块包括护甲底盘12、支撑板13以及两个相对的防护骨架14，护甲底盘12以及支撑板13的两侧分别固定连接于两个防护骨架14相对的两侧，支撑板13位于防护骨架14上方，支撑板13与旋转底盘1底部固定连接，两个防护骨架14的边角处分别安装有麦克纳姆轮15，防护底盘上分别安装有两个用于驱动麦克纳姆轮15转动的减速电机16，两个减速电
机16分别用于驱动两个防护骨架14内的麦克纳姆轮15，通过启动减速电机16带动麦克纳姆轮15进行转动，控制消防机器人行走，需要转向时通过改变两个减速电机16的转速，通过转速差实现转向效果；
54.消防模块包括用于存放消防物质的存储箱25、出液管26以及增压喷头27，存储箱25固定连接于支撑台座2顶部，存储箱25的一侧分别穿设有清水添加管28以及泡沫添加管29，出液管26的一端穿设于存储箱25内，出液管26远离存储箱25的一端与增压喷头27相连接，增压喷头27安装于第二关节臂10一端，当检测到火源时通过控制模块控制增压喷头27启动，由增压喷头27内的涡轮转动使清水或泡沫通过出液管26喷出进行灭火。
55.实施例二
56.在具体实施过程中，如图6-图7所示，遵循如实施例一中详述的相同结构，与实施例一不同的是，行走模块包括支撑骨架17以及两个相对的履带18，支撑骨架17与旋转底盘1底部固定连接，支撑骨架17上分别设有两个用于驱动履带18转动的驱动电机19，通过启动驱动电机19带动两个履带18进行转动，控制消防机器人行走，需要转向时通过改变两个驱动电机19的转速，通过转速差实现转向效果。
57.实施例三
58.在具体实施过程中，如图8-图10所示，遵循如实施例一中详述的相同结构，与实施例以及实施例二不同的是，行走模块包括悬架20以及安装骨架21，悬架20固定于安装骨架21一端，悬架20的两侧分别安装有两个行走轮22，安装骨架21的两侧分别设有两个相对的履轮23，安装骨架21底部分别设有用于驱动两个履轮23转动的动力电机24，通过启动动力电机24带动两个履轮23进行转动，而行走轮22用于辅助行走，其中悬架20可对消防机器人行走起到减缓颠簸的作用，控制消防机器人行走，需要转向时通过改变两个动力电机24的转速，通过转速差实现转向效果。
59.参考图11-图15，喷淋控制系统，包括处理模块、显示模块以及远程遥控模块，处理模块用于收集分析数据并发布工作指令，显示模块用于显示图像信息、指令历史信息、机器人运动信息、gps信息以及人机交互模式切换，远程遥控模块用于人机交互控制消防机器人行动，远程遥控模块与显示模块无线连接将机器人数据显示在显示模块中；
60.远程遥控模块包括面板控制单元、语音控制单元以及蓝牙无线手柄控制单元，面板控制单元通过触屏操作完成对消防机器人的行动，语音控制单元用于利用蓝牙语音来控制消防机器人的行动，蓝牙无线手柄控制单元通过无线手柄来实现控制消防机器人的行动，远程遥控模块提供三种人机交互控制方式，操作人员可根据需求选择不同的交互模式，通过人机交互控制消防机器人的运动，完成应急消防任务。
61.语音控制单元包括特征提取、参考模型库和模式匹配，语音识别的过程主要是从声学信号中提取特征，然后完成识别，消防机器人具有语音接口，可以直接接入有限语音输入设备或采用蓝牙耳机接入。
62.进一步地，蓝牙无线手柄控制单元操作步骤如下：
63.s01：初始化蓝牙无线手柄；
64.s02：创建并打开手柄蓝牙接收线程，与消防机器人进行蓝牙交互；
65.s03：读取手柄数据；
66.s04：解析控制指令意图；
67.s05：显示控制指令对应的操作意图；
68.s06：重新打包发送控制指令给消防机器人。
69.无线蓝牙手柄通过串口com1与处理模块连接，然后创建手柄数据接收线程来采集手柄的按键与摇杆的数据，在手柄数据接收线程中，获取手柄数据并对数据进行分析，得到对应的消防机器人运动控制意图，并将控制信息显示在显示模块的软件界面上，然后将控制指令进行打包，通过串口com1发送给处理模块，处理模块将控制信息转发给消防机器人。
70.本发明中涉及的电路以及控制均为现有技术，在此不进行过多赘述。
71.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
72.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.消防用喷淋装置，其特征在于，包括消防机器人、感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块，所述感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块集成于所述消防机器人上，所述消防机器人具有蓝牙接口，所述感知模块用于探测环境与避障，所述消防模块用于发现火源后通过水或泡沫进行灭火工作，所述行走模块用于实现行走、越障以及爬坡，所述控制模块用于接收取指令并控制消防机器人完成指令；所述消防机器人包括旋转底盘(1)、支撑台座(2)、多角度旋转机器头(3)、两个相对的活动关节骨架，所述旋转底盘(1)固定在行走模块顶部，所述支撑台座(2)固定在旋转底盘(1)顶部，所述支撑台座(2)用于承载消防模块，所述支撑台座(2)的一侧设有信号接收器(30)，所述信号接收器(30)用于完成信号收发及定位，两个所述活动关节骨架分别活动安装于所述支撑台座(2)两端，其中一个所述活动关节骨架的一端设有机器手(4)，所述消防模块的出水端穿设于另一个所述活动关节骨架的一端，所述多角度旋转机器头(3)安装于所述支撑台座(2)顶部，所述感知模块位于所述多角度旋转机器头(3)上；所述感知模块包括红外摄像头(5)以及超声波传感器(6)，所述红外摄像头(5)用于探测周围环境及传递图像信息，所述超声波传感器(6)用于障碍规避，所述红外摄像头(5)以及超声波传感器(6)分别安装于所述多角度旋转机器头(3)上。2.根据权利要求1所述的消防用喷淋装置，其特征在于，所述活动关节骨架包括主骨架(7)、加长骨架(8)、第一关节臂(9)以及第二关节臂(10)，所述主骨架(7)固定连接于所述支撑台座(2)顶部，所述加长骨架(8)的两端分别与所述主骨架(7)以及所述第一关节臂(9)相铰接，所述第二关节臂(10)一端与所述第一关节臂(9)远离所述加长骨架(8)的一端相铰接，所述主骨架(7)、加长骨架(8)、第一关节臂(9)以及第二关节臂(10)的连接处分别设有旋转型弹性驱动器(11)。3.根据权利要求1所述的消防用喷淋装置，其特征在于，所述行走模块包括护甲底盘(12)、支撑板(13)以及两个相对的防护骨架(14)，所述护甲底盘(12)以及所述支撑板(13)的两侧分别固定连接于两个所述防护骨架(14)相对的两侧，所述支撑板(13)位于所述防护骨架(14)上方，所述支撑板(13)与所述旋转底盘(1)底部固定连接，两个所述防护骨架(14)的边角处分别安装有麦克纳姆轮(15)，所述防护底盘上分别安装有两个用于驱动麦克纳姆轮(15)转动的减速电机(16)，两个所述减速电机(16)分别用于驱动两个所述防护骨架(14)内的麦克纳姆轮(15)。4.根据权利要求1所述的消防用喷淋装置，其特征在于，所述行走模块包括支撑骨架(17)以及两个相对的履带(18)，所述支撑骨架(17)与所述旋转底盘(1)底部固定连接，所述支撑骨架(17)上分别设有两个用于驱动履带(18)转动的驱动电机(19)。5.根据权利要求1所述的消防用喷淋装置，其特征在于，所述行走模块包括悬架(20)以及安装骨架(21)，所述悬架(20)固定于所述安装骨架(21)一端，所述悬架(20)的两侧分别安装有两个行走轮(22)，所述安装骨架(21)的两侧分别设有两个相对的履轮(23)，所述安装骨架(21)底部分别设有用于驱动两个所述履轮(23)转动的动力电机(24)。6.根据权利要求2所述的消防用喷淋装置，其特征在于，所述消防模块包括用于存放消防物质的存储箱(25)、出液管(26)以及增压喷头(27)，所述存储箱(25)固定连接于所述支撑台座(2)顶部，所述存储箱(25)的一侧分别穿设有清水添加管(28)以及泡沫添加管(29)，所述出液管(26)的一端穿设于所述存储箱(25)内，所述出液管(26)远离所述存储箱(25)的
一端与所述增压喷头(27)相连接，所述增压喷头(27)安装于所述第二关节臂(10)一端。7.喷淋控制系统，其特征在于，包括处理模块、显示模块以及远程遥控模块，所述处理模块用于收集分析数据并发布工作指令，所述显示模块用于显示图像信息、指令历史信息、机器人运动信息、gps信息以及人机交互模式切换，所述远程遥控模块用于人机交互控制消防机器人行动，所述远程遥控模块与所述显示模块无线连接将机器人数据显示在显示模块中；所述远程遥控模块包括面板控制单元、语音控制单元以及蓝牙无线手柄控制单元，所述面板控制单元通过触屏操作完成对消防机器人的行动，所述语音控制单元用于利用蓝牙语音来控制消防机器人的行动，所述蓝牙无线手柄控制单元通过无线手柄来实现控制消防机器人的行动。8.根据权利要求7所述的喷淋控制系统，其特征在于，所述蓝牙无线手柄控制单元操作步骤如下：s01：初始化蓝牙无线手柄；s02：创建并打开手柄蓝牙接收线程，与消防机器人进行蓝牙交互；s03：读取手柄数据；s04：解析控制指令意图；s05：显示控制指令对应的操作意图；s06：重新打包发送控制指令给消防机器人。

技术总结
本发明提供消防用喷淋装置及其控制系统，涉及消防安全技术领域，包括消防机器人、感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块，感知模块、消防模块、行走模块以及控制模块集成于消防机器人上，感知模块用于探测环境与避障，消防模块用于发现火源后通过水或泡沫进行灭火工作，行走模块用于实现行走、越障以及爬坡，控制模块用于接收取指令并控制消防机器人完成指令，本发明中通过在消防机器人上安装感知模块，并通过红外摄像头以及超声波传感器进行探测环境与避障，进一步提高消防机器人的融合感知，增加消防机器人分析理解环境信息的能力，在灭火过程中如遇障碍无法精准喷洒火源时可通过活动关节骨架上的机器手及时进行清障。通过活动关节骨架上的机器手及时进行清障。通过活动关节骨架上的机器手及时进行清障。


技术研发人员：李丽文 农绍周 梁梦飞 陈金杉
受保护的技术使用者：广东文华建设发展有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/23