1.本发明涉及消防灭火机器人技术领域，具体为消防灭火机器人与无人机联合消防系统。


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。面对恶劣的现场环境，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灭火机器人上，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。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。
3.另一方面，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.因此，研发消防灭火机器人与无人机联合消防系统，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供水不足、图像、数据信息采集稳定性差等问题，成为十分重要的课题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供消防灭火机器人与无人机联合消防系统，以解决上述背景
技术中提出的问题。
7.消防灭火机器人与无人机联合消防系统，其包括：
8.装载有喷枪的无人机；
9.装载有第一卷盘的消防灭火机器人；
10.装载有第二卷盘的供水车；
11.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；
12.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无人机的喷枪；
13.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。
14.进一步，无人机的机架上设置有架梁，所述喷枪架设于架梁上，喷枪通过快接插头与无人机水管连接。
15.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。
16.进一步，所述消防灭火机器人设置有：
17.底盘及安装于底盘上的行进机构；
18.安装于底盘上方的水箱、高压泵、消防水泡；
19.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。
20.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。
21.进一步，底盘上还安装有避障激光雷达。
22.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：
23.安装于轴座和云台支座之间的大减震垫；
24.将轴座、云台支座、大减震垫紧固连接的若干连接单元；
25.所述连接单元包括小减震垫、套管、螺栓、螺母；
26.所述小减震垫安装于轴座下方；
27.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；
28.小减震垫与螺母之间设置有大垫圈；
29.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。
30.进一步，所述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。
31.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。
32.优选地，大减震垫为圆环形橡胶垫；小减震垫为圆形橡胶垫。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.第一、本发明提供的消防灭火机器人与无人机联合消防系统中，无人机携带喷枪并设置有快接插口，可与无人机水管快插连接，无人机下降到合适高度后，无人机水管可快速与无人机分离。
35.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；可进行人工遥控操纵，与无人机、供水车联合作业，高质量完成高层建筑灭火的作业要求。
36.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。无人机与消防灭火机器人通过无人机水带及消防快插接头连接，允许无人机调整方向进行灭火，而不会导致水带扭曲。
37.第四、本发明针对消防灭火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
38.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；
39.图2为无人机水管与无人机的连接结构示意图；
40.图3为消防灭火机器人与无人机的连接结构示意图；
41.图4为供水车与第二卷盘的连接结构示意图；
42.图5是消防灭火机器人的结构示意图；
43.图6是消防灭火机器人的减震结构示意图。
44.图中：
45.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、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、无人机水管81、喷枪82、架梁83、快接插头84、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
46.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。
47.请参阅图1
‑
6，本发明提供消防灭火机器人与无人机联合消防系统，其包括装载有喷枪82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。其中，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，水箱3的进水口33，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的末端连接至无人机8的喷枪82；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。
48.参照图2，无人机8的机架上设置有架梁83，所述喷枪82架设于架梁83上，喷枪82通过快接插头84与无人机水管81连接。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。
49.消防灭火机器人包括底盘4及安装于底盘4上的行进机构402。底盘4上方安装有水箱3、高压泵31、消防水泡32；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。
50.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。
51.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。
52.底盘4上还安装有避障激光雷达401。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。
53.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：
54.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。
55.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。
56.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。
57.实施例1：
58.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。
59.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。
60.实施例2：
61.本实施例中，无人机携带喷枪进行喷水，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。
62.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；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。这样无人机位置调整时，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。
63.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；消防机器与无人机、供水车联合作业，由人工遥控操纵高质量完成高层建筑灭火的作业要求。
64.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。