1.本发明涉及消防灭火机器人技术领域，具体为自携式与外接式可控切换的联合消防机器人系统。


背景技术：

2.火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。尤其是对于危险化学品火灾，不同着火物需使用对应不同灭火剂灭火，否则会出现难以处置、更复杂和更危险的事故，故需要对着火源定点精准扑救。随着科技的不断发展发展，消防灭火机器人越来越多的代替消防队员进入到火场一线进行灭火战斗，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。
3.随着我国经济社人发展，高层建筑物已逐渐成为建筑的主流形式，在消防救援任务中，高层建筑物灭火任务占了很大比重。一旦在高层建筑物中出现火情，由于主体结构等原因的制约导致火势蔓延较快，并且被困人员的撤离、救援灭火等任务的实施难度比较大。其表现为由于建筑物过高，因此消防车配备的云梯不能达到实际灭火救援工作的要求，并且消防员在攀登高度方面也存在一定的限制；除此以外，高层建筑物出现火情后烟气及有毒有害气体很难及时排放，灭火用水水位和供水量也很难达到相应的要求。为此，搭载有消防灭火装备的无人机成为协助完成消防救援的任务的首要选择，可以依靠无人机的各类功能优势来应对相应的困难。
4.城市高层发生火灾时，消防车喷枪射程受限，无法实施救援，此情况可通过无人机吊装喷枪及消防水带对高层进行灭火。由于高层火灾有燃烧物坠落风险，消防车及消防员无法接近起火建筑物正下方，无人机在飞往着火点进行灭火时既需要克服竖直方向水带及水带中液体的重量，还需要拖动水带进行水平方向移动，一般无人机无法达到这种载荷要求。
5.总结起来，现有无人机的供水方式分为两种，一种是自携水箱，依靠水箱供水，另一种是从地面拖拽水管，靠水管连接的供水设备供水。两种供水方式各有优缺点，适合于不同的场合。水箱供水的方式可以避免拖拽沉重的水管，提高无人机的灵活性，但水箱体积受机器人动力性能限制，无法搭载足量消防用水，需不断对水箱进行补水作业，影响灭火效率；拖拽水管的方式虽然能满足持续用水的需求，但在超高层建筑消防作业时，在超出消防车水泵扬程的高度，仍达不到较好的灭火效果。在森林消防作业时，无人机无法进行挂载消防水带作业。
6.因此，研发自携式与外接式可控切换的联合消防机器人系统，能够实现两种供水方式的快速切换，实现优势互补，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，解决消防人员在上述场所面临的供水不足、图像、数据信息采集稳定性差等问题，尤其满足高质量完成高层建筑灭火的作业要求，成为十分重要的课题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供自携式与外接式可控切换的联合消防机器人系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.自携式与外接式可控切换的联合消防机器人系统，其包括：
9.装载有供水机构的无人机；
10.装载有第一卷盘的消防灭火机器人；
11.装载有第二卷盘的供水车；
12.所述供水机构包括：
13.喷枪；
14.设置有若干进水口、出水口的水箱；
15.末端连接于水箱进水口的第一管路；
16.首端连接于水箱出水口、末端连接喷枪的第二管路；
17.首端连接于水箱出水口、末端与第二管路连接的第三管路；
18.首端与第一管路连接、末端与第二管路连接的第四管路；
19.设置于第一管路、第二管路、第三管路上的若干电磁阀；
20.第二卷盘上搭载有供水车水管，第一卷盘上搭载无人机水管；
21.供水车水管首端连接供水车的供水接头，末端与第一卷盘上的无人机水管的首端连接；无人机水管的末端连接至第一管路的首端；
22.第一管路、第二管路、第三管路、第四管路中，首端为水流的上游方向，末端为水流的下游方向；
23.第一卷盘、第二卷盘内均设置有卷簧，保持无人机水管、供水车水管收放过程中始终缠绕收紧。
24.进一步，第一管路上设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀设置于第一管路、第四管路的连接位置的下游方向上。
25.进一步，第二管路上设置有第二电磁阀，所述第二电磁阀设置于a位置与b位置之间，所述a位置为第四管路与第二管路的连接位置，b位置为第三管路与第二管路的连接位置。
26.进一步，所述第三管路上设置有第三电磁阀。
27.进一步，第三管路上设置有水泵。
28.进一步，所述消防灭火机器人上设置有无人机定位跟踪装置，用于实时跟踪无人机的位置，保持消防灭火机器人处于无人机下方。
29.进一步，所述消防灭火机器人设置有：
30.底盘及安装于底盘上的行进机构；
31.安装于底盘上方的水箱、高压泵、消防水泡；
32.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。
33.进一步，所述水箱上方设置有与水箱固定连接的支撑轴；支撑轴上安装有云台；云台顶部的两侧分别搭载有摄像仪、红外热像仪；支撑轴与云台之间设置有减震机构。
34.进一步，底盘上还安装有避障激光雷达。
35.进一步，所述底盘上还安装有行进机构，所述行进机构为履带式行进机构。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
37.第一、本发明设计了一种能够实现自携式与外接式供水方式的快速切换的联合消防系统，实现自携方式与外接方式供水的优势互补，可提供多种作业模式：在进行一般高层消防作业时，通过地面消防车通过消防水带连接第一管路首端的快插接口给喷枪供水，进行持续的消防作业；当喷枪射程无法进行正常消防作业时，由地面系统往水箱内供水，由水泵从水箱内抽水进行加压喷射，增大喷枪射程可继续进行消防作业；当用于小型火灾，或森林、危化区域火灾扑灭后的余火侦查扑灭时，无人机可直接利用水箱内的水，由水泵进行加压喷射。多种作业模式可通过第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀在地面实现遥控开关来实现，操作方便。
38.第二、消防灭火机器人上配备第一卷盘，第一卷盘搭载无人机水管，无人机高度下降时卷盘自动卷管；消防灭火机器人配备无人机定位跟踪装置，可自动跟随无人机运动，始终处于无人机下方；另消防灭火机器人配备消防水箱自带消防用水，启动后，消防灭火机器人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；行进过程中，机器人可以通过避障激光雷达实现自动避障功能；整个系统可进行人工遥控操纵，无人机、消防灭火机器人、供水车联合作业，高质量完成高层建筑灭火的作业要求。
39.第三、供水车配备第二卷盘，可根据消防灭火机器人的运动进行供水车水管的收放作业，方便机器人跟随无人机进行不同方位运动。无人机位置调整时，只需克服竖直方向水带及液体重量，减小了对无人机载荷要求。
附图说明
40.图1为本发明的消防灭火机器人与无人机联合消防系统的结构示意图；
41.图2为无人机水管与无人机的连接结构示意图；
42.图3为消防灭火机器人与无人机的连接结构示意图；
43.图4为供水车与第二卷盘的连接结构示意图；
44.图5是消防灭火机器人的结构示意图；
45.图6是消防灭火机器人的减震结构示意图。
46.图中：
47.云台1、云台支座101、摄像仪102、红外热像仪103、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、第一水箱3、高压泵31、消防水泡32、底盘4、避障激光雷达401、行进机构402、第一卷盘5、无人机定位跟踪装置6、支撑轴7、轴座701、无人机8、供水机构80、第一管路8021、第二管路8022、第三管路8023、第四管路8024、第一电磁阀8031、第二电磁阀8032、第三电磁阀8033、水泵804、第二水箱805、喷枪806、无人机水管81、第二卷盘82、供水车9、供水接头90、供水车水管91、第二卷盘92。
具体实施方式
48.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。
49.请参阅图1
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6，本发明提供自携式与外接式可控切换的联合消防机器人系统，其包括装载有供水机构的无人机8、装载有第一卷盘5的消防灭火机器人、装载有第二卷盘92的供水车9。第二卷盘92上搭载有供水车水管91，第一卷盘5上搭载无人机水管81；供水车水管91首端连接供水车9的供水接头90，末端与第一卷盘5上的无人机水管81的首端连接；无人机水管81的末端连接至第一管路8021的首端；第一卷盘5、第二卷盘92内均设置有卷簧，保持无人机水管81、供水车水管91收放过程中始终缠绕收紧。所述消防灭火机器人上设置有无人机定位跟踪装置6，用于实时跟踪无人机8的位置，保持消防灭火机器人处于无人机8下方。
50.供水机构设置有：喷枪806和设置有若干进水口、出水口的第二水箱805。第二水箱805上连接有第一管路8021、第二管路8022、第三管路8023、第四管路8024，所述第一管路8021、第二管路8022、第三管路8023、第四管路8024中，首端为水流的上游方向，末端为水流的下游方向。
51.无人机水管81的末端连接至第一管路8021的首端；第一管路8021的末端连接于第二水箱805进水口；第二管路8022首端连接于第二水箱805出水口、末端连接喷枪806；第三管路8023首端连接于第二水箱805出水口、末端与第二管路8022连接；第四管路8024首端与第一管路8021连接、末端与第二管路8022连接。第一管路8021、第二管路8022、第三管路8023上的若干电磁阀。具体为：
52.第一管路8021上设置有第一电磁阀8031，所述第一电磁阀8031设置于第一管路8021、第四管路8024的连接位置的下游方向上。第二管路8022上设置有第二电磁阀8032，所述第二电磁阀8032设置于a位置与b位置之间，所述a位置为第四管路8024与第二管路8022的连接位置，b位置为第三管路8023与第二管路8022的连接位置。第三管路8023上设置有第三电磁阀8033和水泵804。
53.第二水箱805可根据无人机结构需要设计成不同形状；水泵804由无人机直接提供动力，可在地面实现遥控开关；第一电磁阀8031、第二电磁阀8032、第三电磁阀8033可在地面实现遥控开关；喷枪806可遥控实现直流或雾状喷射调节。
54.消防灭火机器人包括底盘4及安装于底盘4上的履带式行进机构402。底盘4上方安装有第一水箱3、高压泵31、消防水泡32；高压泵31通过管路分别连接第一水箱3、消防水泡32，第一水箱3中的水经高压泵31增压后由消防水泡32发射。
55.其包括底盘4及行进机构402，所述行进机构402优选为履带式行进机构，具有较强的适应恶劣环境的能力。
56.第一水箱3上方与第一水箱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。
57.底盘4上还安装有避障激光雷达401。第一水箱3上方安装有无人机定位跟踪装置6。启动后，消防灭火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。
58.第一水箱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：
59.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。
60.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。
61.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。
62.实施例1：
63.本实施例中，无人负责使用喷枪进行喷水，机器人负责拖动水带在地面跟随无机移动，消防灭火机器人上设置有无人机定位跟踪装置6以及相关的处理器和运动控制模块，无人机上安装配套的发射装置，发射装置和无人机定位跟踪装置6通信的时候，通过电磁波的飞行时间测量出无人机到消防灭火机器人的距离，通过测量微型天线阵列上相位差来计算出无人机相对消防灭火机器人的方向,将这些信息送给机器人的处理器来调整运动控制模块，从而实现对无人机的智能跟随，始终处于无人机下方。
64.消防灭火机器人上配备第一卷盘5，第一卷盘搭载无人机水管81，无人机高度下降时第一卷盘自动卷管；供水车配备第二卷盘，可根据消防灭火机器人的运动进行供水车水管91的收放作业，方便机器人跟随无人机进行不同方位运动。这样无人机位置调整时，只需克服竖直方向水管及液体重量，减小了对无人机载荷要求。
65.实施例2：
66.本实施例中，第二水箱805的箱体上设置有连接配件，将第二水箱805挂载于无人机8的机架上。本发明的供水机构有多种作业模式：
67.作业模式一：在进行一般高层消防作业时，第二电磁阀8032打开，第一电磁阀8031和第三电磁阀8033关闭，水泵804不工作。地面消防车通过消防水带连接第一管路8021首端的快插接口给喷枪806供水，进行持续的消防作业。
68.作业模式二：受消防车水泵供水高度的限制，随着无人机作业高度的增加，喷枪806射程逐步缩短。当喷枪806射程无法进行正常消防作业时，关闭第二电磁阀32，打开第一电磁阀8031和第三电磁阀8033，并启动水泵804，由地面消防车负责往第二水箱805内供水，由水泵804从水箱内抽水进行加压喷射，增大喷枪806射程可继续进行消防作业。
69.作业模式三：直接利用水箱的水进行灭火。关闭第二电磁阀8032和第一电磁阀8031，打开第三电磁阀8033，由水泵804进行加压喷射，此作业模式可适用于小型火灾，或森林、危化区域火灾扑灭后的余火侦查扑灭。
70.实施例3：
71.本实施例中，消防灭火机器人配备消防水箱自带消防用水，启动后，消防灭火机器
人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；行进过程中，机器人可以通过避障激光雷达实现自动避障功能；可进行人工遥控操纵，与无人机联合作业，完成高层灭火作业任务。
72.实施例4：
73.本实施例中，消防灭火机器人云台的减震机构2有如下设置：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2mm
‑
8mm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。
74.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。
75.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。