一种常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人及工作方法技术

本发明专利技术涉及一种常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人及工作方法，属于智能控制技术领域，装置包括先锋消防机器人和哨兵无人机，先锋消防机器人包括机架，机架下方设有驱动轮，机架上方设有停机坪，停机坪用于停放哨兵无人机，机架内部设有控制模块，机架前端设有机械臂，机械臂上设有灭火组件，机械臂前端设有机械爪和破障钻头；哨兵无人机与先锋消防机器人搭配组合，提供多方位信息，哨兵无人机与先锋消防机器人配合使用，为消防机器人提供大范围视野，为寻找最佳救援路线与安全的逃生路线以及准确、快速地定位、救援被困人员提供了条件。条件。条件。

【技术实现步骤摘要】
一种常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人及工作方法


[0001]本专利技术涉及一种常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人及工作方法，属于智能控制


技术介绍

[0002]我国幅员辽阔、人口众多，各类企业林立，生产活动纷繁复杂，安全生产压力巨大，其中火灾消防救援任务繁杂，形势依然严峻，火灾事故发生几率居高不下，尤其是工业园区、山林、矿井及其他地下工程的消防救援工作，更是任务重、问题多，难免出现消防安全漏洞，且由于这些地点具有特殊性、复杂性，一旦发生火情极易快速发展成为特别重大火灾，这一严峻问题亟待解决。然而，目前市场上实际应用的消防机器人功能单一，大多数消防机器人只能实现巡检、消防，疏导等功能中的单一项，例如已应用于消防工作中的全向移动侦察消防机器人和智能消防搜救机器人，它们只能实现对火灾现场环境的侦察工作，或者是消防工作，并没有将巡检、侦察与消防、疏导等功能融为一体。其发现火情后，上报相关人员，等待消防与救援，这种救灾救援方式留下了等待救援的时间空挡，在很大程度上浪费了救灾救援的宝贵时间，尚未见有实现常态化火情巡检、预警、消防、救援为一体的陆空机器人。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人。该机器人能够高效地完成火灾预警、消防、疏散引导等工作，极大地缩短了火灾事故的预处理和消防时间，减少了火灾对人民生命财产、国家社会经济发展造成的损失，极大地降低了对消防官兵的生命威胁。
[0004]本专利技术还提供上述机器人的工作方法。r/>[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人，包括先锋消防机器人和哨兵无人机，
[0007]先锋消防机器人包括机架，机架下方设有驱动轮，机架上方设有停机坪，停机坪用于停放哨兵无人机，机架内部设有控制模块，机架前端设有机械臂，机械臂上设有灭火组件；
[0008]控制模块包括51单片机和树莓派，树莓派可通过信号串口向51单片机发送高低电平，51单片机接收到信号做出不同反应并将信号再返回树莓派进行校准，树莓派通过无线传输与控制端连接；
[0009]机械臂前端设有机械爪和破障钻头，机械爪由两台可控电动舵机驱动，为四自由度，破障钻头由一台电机驱动，可控电动舵机和钻头直流电机均连接至控制模块树莓派；可通过电脑WIFI远程控制机械臂的姿态及钻头的角度，用以解决机器人在复杂工作环境中因为地形限制、障碍物阻挡等导致机器人无法正常行进的问题，同时此机构可在特殊火灾情
况中代替消防人员进入无法进入的区域。该机构的机械爪在火灾现场可代替消防人员抓取危险易爆物品，给消防人员的生命安全增加一份保障。机械臂选用两部工作电压为4.8～6V的995舵机串联组合而成。其特点是可实现四自由度姿态调整并可实现机械手的夹持功能，还有扭矩大、可防卡死。该机械臂能让机器人实现调整消防作业角度以及破障抓取功能。
[0010]舵机是由PWM电源驱动板来控制角度，PWM的高电平时间0.5
‑
2.5ms对应舵机的0
°‑
180
°
，舵机两端有死区，长时间工作在死区，会导致舵机损坏，一般会让舵机工作在20
°‑
160
°
之间。
[0011]灭火组件包括水箱、电控水泵，电控水泵与控制模块树莓派连接，由控制模块树莓派控制水泵的吸、排及功率大小，电控水泵入水口与水箱通过软管连接，电控水泵排水口通过软管连接至喷头，喷头设于机械臂前端，操作人员能够通过控制机械臂的姿态，调整水柱的喷射角度及距离，对异常热源进行降温冷却以及对火情进行扑灭。
[0012]哨兵无人机上设有32飞控模块及与其连接的摄像头、语音传输模块，32飞控模块通过无线传输连接至控制端，控制端为电脑或手机，由人员操作；可以进行远距离高空喊话，用于消防灭火路线引导、被困人员疏散引导等。
[0013]优选的，喷头包括两个，分别为细喷头和粗喷头，两个喷头分别设有控制开关，控制开关与控制模块树莓派连接。按照水泵功率大小及火场需要，设计出的灭火喷头共有远距离灭火、近距离灭火两种灭火模式，机械臂爪上有两个喷头，分别为细喷头和粗喷头，细喷头可提供远距离灭火，粗喷头可提供近距离灭火。操作人员可以选择不同的模式，对不同程度的火情进行扑灭。
[0014]进一步优选的，细喷头的直径为3cm，粗喷头的直径为5cm。
[0015]优选的，控制模块树莓派为工作电压为5V的树莓派4B，采用树莓派官方的raspbian系统，搭载PWR.A53电源驱动板，集成了mjpg
‑
streamer推流服务，并默认将树莓派的无线网卡配置为AP热点模式，其特点是运行内存大、可实现无线网络WIFI数据传输、引脚数量多，可实现多功能集成，能快速地实现命令下达与数据传输的功能。
[0016]优选的，机架前方设有传感器组和视频组，传感器组与控制模块51单片机连接，视频组包括舵机云台和置于其上的摄像头；摄像头可实时地观察机器人周边的现场状况，并将视频信息传送回系统中心；
[0017]传感器组包括烟雾传感器、甲烷传感器、火焰传感器、人体传感器、CO传感器，共5种传感器，用以侦查巡检范围内的工作环境状态及判断是否有火情的发生，可实时反馈多种重要环境参数，各种气体传感器模块可以实时监测有害气体浓度的变化，极大减轻了工作人员的工作负担。
[0018]优选的，机架底部前方设有两个红外传感器和超声波模块，两个红外传感器与控制模块的树莓派连接，红外传感器用于探测路线轨迹，作为探测预设轨迹的传感器，当传感器返回的电平为0时，表明是正常地面，当传感器返回的电平是1时，表明是黑线。从而根据两个红外探头的状态，来判断车头的状态是处于黑线的何种位置，再对车身进行方向校准，每一次程序循环都会进行一次方向校准，直至小车一致保持与黑线平行的状态进而传感器不会被触发。在巡检阶段，红外线传感器扫描预设路线，控制机器人的行进。
[0019]超声波模块与控制模块树莓派主板连接，超声波模块用于通过时间差测距法来探测前方物体距离先锋消防机器人之间的距离，将距离数值信息反馈至控制模块，由控制模
块控制先锋消防机器人的移动和停止，实时显示先锋消防机器人与前方障碍物之间的距离，并可让机器人在靠近障碍物时转弯或者停止。
[0020]进一步优选的，红外传感器选用一部工作电压为5V的红外光电开关巡线循迹D80NK传感器。其特点是探测距离可调且探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便、广泛应用于机器人避障流水线计件等众多场合。该模块能让机器人实现循迹侦查功能。
[0021]超声波模块选用一部工作电压为5V的HC
‑
SR04超声波雷达避障测距模块。其特点是性能稳定、精度高、盲区小、反馈速度快、模块高精度，能够进行稳定的测距，使用方法简单，兼容各种控制平台。该模块能让机器人实现避障测距功能。
[0022]优选的，机架侧面设有LE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人，其特征在于，包括先锋消防机器人和哨兵无人机，先锋消防机器人包括机架，机架下方设有驱动轮，机架上方设有停机坪，停机坪用于停放哨兵无人机，机架内部设有控制模块，机架前端设有机械臂，机械臂上设有灭火组件；控制模块包括51单片机和树莓派，树莓派可通过信号串口向51单片机发送高低电平，51单片机接收到信号做出不同反应并将信号再返回树莓派进行校准，树莓派通过无线传输与控制端连接；机械臂前端设有机械爪和破障钻头，机械爪由两台可控电动舵机驱动，为四自由度，破障钻头由一台电机驱动，可控电动舵机和钻头电机均连接至控制模块树莓派，机械臂选用两部995舵机串联组合而成；灭火组件包括水箱、电控水泵，电控水泵与控制模块树莓派连接，电控水泵入水口与水箱连接，电控水泵排水口通过软管连接至喷头，喷头设于机械臂前端；哨兵无人机上设有32飞控模块及与其连接的摄像头、语音传输模块，32飞控模块通过无线传输连接至控制端，控制端为电脑或手机。2.根据权利要求1所述的常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人，其特征在于，喷头包括两个，分别为细喷头和粗喷头，两个喷头分别设有控制开关，控制开关与控制模块树莓派连接。3.根据权利要求2所述的常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人，其特征在于，细喷头的直径为3cm，粗喷头的直径为5cm。4.根据权利要求1所述的常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人，其特征在于，控制模块树莓派为工作电压为5V的树莓派4B，采用树莓派官方的raspbian系统，集成了mjpg
‑
streamer推流服务，并默认将树莓派的无线网卡配置为AP热点模式。5.根据权利要求4所述的常态化火情巡检预警消防救援陆空机器人，其特征在于，机架前方设有传感器组和视频组，传感器组与控制模块51单片机连接，视频组包括舵机云台和置于其上的摄像头；传感器组...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍琛，马其华，宗昊，代景铭，王兆旭，胡运朋，贾渊，童相文，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：