一种自动巡逻灭火机器人及灭火控制方法与流程

1.本发明涉及一种灭火机器人，特别是一种自动巡逻灭火机器人及灭火控制方法。


背景技术：

2.目前在消防领域应用的机器人通常分为巡检类机器人和消防灭火机器人两个大类。巡检机器人用于作业场景内消防巡逻、火源探测、定位报警等，不具备灭火功能。消防灭火机器人则直接用于灭火，且自身不携带水箱，需要外接水源后再进行灭火，整个过程需要人的操作控制。
3.例如cn207755667u公开了一种消防灭火机器人，其是通过水泵将水箱内的水进行抽取，通过喷水筒喷出，起到灭火的作用；通过设置步进电机和同步带的配合，使得三角板沿着半圆轨道进行转动，方便调整喷水筒的角度，从而可以对不同火灾情势进行相应的灭火处理；通过设置温控开关，根据火灾场地温度进行灭火处理，起到了智能的作用，不需人为控制机器人进行灭火。然而该灭火机器人一方面只起到灭火功能，不能进行自动巡逻功能；另一方面，喷水角度只能通过步进电机和同步带进行控制，精度低，且无法获得喷射的最佳位置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种灭火精准度高，灭火效率高，结构紧凑，功能多样的自动巡逻灭火机器人及灭火控制方法。
5.本发明的技术方案是：本发明之一种自动巡逻灭火机器人，包括移动底盘、水箱、水炮云台和双光云台；所述水箱和水炮云台设于移动底盘上，水炮云台上设有水炮，水炮的喷嘴经水管与水箱内的水泵连接；还包括：激光测距仪，设于双光云台上，能够随双光云台同步转动，用于测量机器人与火源点的直线距离；主控单元，用于根据双光云台的俯仰角度值以及机器人与火源点的直线距离，计算出火源点相对机器人的高度值h；并根据高度值h以及预先标定的水流喷射轨迹数据计算灭火时机器人距火源点的目标水平距离和灭火时水炮喷嘴的目标喷射角度；还用于控制移动底盘运行至所述目标水平距离处，并控制水炮云台调整至目标喷射角度，开启水泵；所述主控单元还通过通信单元与后台终端进行通信。
6.进一步，所述双光云台上安装有可见光摄像头和热成像摄像头，所述可见光摄像头用于进行图像、视频监测；热成像摄像头用于进行热源检测和温度监控；由控制单元调整双光云台的角度使火源点位于可见光摄像头的画面中心。
7.进一步，所述灭火机器人还包括以下至少一种传感器：火焰传感器，用于对异常点进行检测，识别是否为火源；
液位传感器，设于水箱内，用于检测箱体内的液位高度；激光雷达，用于扫描周围环境，进行导航定位和避障。
8.进一步，所述水箱沿宽度方向分为相互连通的第一箱体和第二箱体，其中第二箱体的长度大于第一箱体的长度，第一箱体的前端预留有安装空间，用于安装火焰探测器、激光雷达和水炮云台；第一箱体的高度高于第二箱体，第一箱体的顶面设置所述双光云台，且第一箱体在高出第二箱体的那部分侧面还设置指示灯和/或报警器。
9.进一步，所述移动底盘为六轮驱动，移动底盘的前侧下部的中心位置设有自动充电极片；所述水箱内的水量》120l，水炮喷射流量》80l/min。
10.进一步，所述水箱的侧面安装有天线安装座，天线安装座上设有卫星定位天线和网络通讯天线；所述卫星定位天线用于机器人的导航定位，网络通讯天线用于主控单元与后台终端的通讯。
11.本发明之一种自动巡逻灭火机器人的灭火控制方法，包括以下步骤：s1：在机器人的巡逻过程中，当检测到温度异常、以及识别到异常点为火源时，启动灭火流程，并向后台终端进行报警提示；s2：由激光测距仪测量机器人与火源位置的距离，以及调整双光云台的角度使火源点位于可见光摄像头的画面中心；获取双光云台俯仰角度值θ以及激光测距仪与火源点的直线距离a，计算出火源点相对机器人的高度值h；s3：计算水炮喷射点的位置及角度：根据高度值h以及预先标定的水流喷射轨迹数据来获得灭火时机器人距火源点的目标水平距离l2和灭火时水炮喷嘴的目标喷射角度α；s4：控制机器人运行至距火源点的目标水平距离l2处，并控制水炮云台调整至目标喷射角度α，然后启动水泵，开始灭火作业；s5：待水箱的水位下降至底部液位传感器的监测高度时，水泵停止工作；s6：灭火工作完成，继续对火情进行图像和视频监控，等待后续工作人员到来处置火情。
12.进一步，s3中，所述计算水炮喷射点的位置及角度具体包括以下步骤：s3-1.预先标定水流喷射轨迹数据：以水炮喷嘴的喷射口中心为原点，采集水流射出轨迹的中段及靠前段标定点的高度及水平坐标值，拟合出水流轨迹线；在0-90
°
范围内取若干个水炮喷射角度进行水流轨迹线拟合，根据标定点所围合的区域，得到有效灭火范围；s3-2. 取高度值h在有效灭火范围内与各个轨迹线在水平方向上的交点，将所获得的交点中与机器人水平距离最大的点作为灭火点，此时灭火点的水平距离为l2，l2即为灭火时机器人距火源点的水平距离，根据水平距离l2和高度值h，获得灭火时水炮喷嘴的喷射角度α。
13.进一步，s4中，水炮喷水时，控制水炮云台带动水炮喷嘴出水口做小幅度圆周运动，即以理论出水口位置为圆心，r为半径做往复圆周摆动，r为0-100mm。
14.进一步，s1中，通过热成像摄像头检测目标位置的温度是否异常，由主控单元将检测到的温度信息经网络通讯天线传输至后台终端，供后台人员监控；以及由火焰探测器对异常点进行检测，识别是否为火源，若是火源则启动灭火流程，同时向后台值班室报警。
15.本发明的有益效果：（1）通过将双光云台与激光测距仪进行结合，能够使激光测距仪随着双光云台进
行转动，双光云台转动角度至使火源点位于可见光摄像头的画面中心时，可由激光测距仪测量机器人与火源位置的距离，计算出火源点相对机器人的高度值，便于后续的水炮喷射点的位置及角度计算；（2）通过标定水流喷射轨迹数据，能够获取不同水炮喷射角度的水流轨迹线，进而获得有效灭火范围，再结合双光云台与激光测距仪的检测，能够得到最佳灭火点，从而确定机器人距火源点的水平距离和水炮喷嘴的喷射角度，大大提高灭火的精准度；（3）通过设置水泵、液压传感器以及水箱的容积，即水箱内的水量》120l，水炮喷射流量》80l/min，待水箱水位下降至底部液位传感器的监测高度时，水泵自动停止工作，能够保证水箱用水充足，且自动喷淋和停止，无需人员辅助；（4）通过火焰探测器与热成像摄像头的结合，能够充分判断异常点是否为火源；（5）通过设置水箱一长一短、一高一矮的结构，既能够提高水箱容量，又能保证结构的紧凑性，使机器人整体体积减小；而且还利用有效空间来安装其他设备；（6）通过设置移动底盘、激光雷达、卫星定位天线等，能够使机器人具备灭火功能外，还能同时具备巡检功能，可以实现消防巡逻、火源识别、定位报警、自动喷淋灭火等。
16.可以说，本发明的机器人主要用于监测和发现初始起火点及对初期火源进行压制和灭火，待机器人部署好后，能第一时间发现和处置火情，同时向后台工作人员报警，从巡逻到灭火的整个作业流程无需人员参与操作，全部可以自动完成，极大减小火灾事故发生率，避免因处置不及时而演变为更大规模的火灾，极大降低火灾事故损。
附图说明
17.图1是本发明实施例机器人的立体结构示意图；图2是图1所示实施例的剖视图；图3是本发明实施例火源点相对机器人的高度值h的计算示意图；图4是本发明实施例水炮喷射点的位置及角度计算的示意图。
18.附图标识说明：1、移动底盘；2、水箱；3、水炮云台；4、激光雷达；5、激光测距仪；6、双光云台；7、火焰探测器；8、卫星定位天线；9、网络通讯天线；11、自动充电极片；21、水泵；22、液位传感器；23、左箱体；24、右箱体；31、水炮；32、水管；61、可见光摄像头；62、热成像摄像头；311、喷嘴。
具体实施方式
19.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
20.如图1和图2所示：一种自动巡逻灭火机器人，包括移动底盘1、水箱2、水炮云台3、激光雷达4、激光测距仪5、双光云台6和火焰探测器7；其中，水箱2安装于移动底盘1上，水箱2的前侧预留有安装空间，用于设置火焰探测器7、激光雷达4和水炮云台3；水炮云台3上设有水炮31，水炮31的喷嘴311经水管32与水箱2的水泵21连接；双光云台6设于水箱的顶面，双光云台上安装有摄像头。
21.具体地，本实施例的移动底盘1为六轮驱动，承重能力强，可装载大量的水和设备；越野能力强，适应复杂路面环境运行；具有自动驾驶能力，可以在工作场景自主巡逻行走。移动底盘的前侧下部的中心位置设有自动充电极片11，能够使机器人自动对接充电桩进行
充电。
22.本实施例中，水箱2安装于移动底盘1上，用于储水，灭火时使用。水箱内设有水泵21，水泵21通过水管32连接水炮喷嘴311，用于将水箱内的水自动泵入水管内，再由水炮喷嘴喷出。水箱内还设有液位传感器22，用于监测水箱内的水位高度，一旦检测到水箱内的液位低于目标液位，则控制水泵停止工作。本实施例水箱内的水量》120l，水炮喷射流量》80l/min，能够支持机器人自动喷水1-2分钟，能有效扑灭初发火源，对较大的初期火情也能进行有效压制。
23.本实施例的水箱2外壳设计成一长一短、一高一矮的结构，即水箱沿宽度方向分为左箱体23和右箱体24，且二者连成一体，其中右箱体24的长度大于左箱体23的长度，即左箱体的前端预留有安装空间，用于安装火焰探测器、激光雷达和水炮云台；左箱体23的高度高于右箱体24，左箱体23的顶面设置双光云台6，且左箱体在高出右箱体的那部分侧面还可设置指示灯或者报警器等。本发明对水箱的设计，不仅大大提高了水箱容量，而且充分利用水箱的结构来安装其他设备，提高空间利用率，保证了结构的紧凑性。
24.本实施例中，在左箱体前端预留的安装空间处，设置火焰探测器7、激光雷达4和水炮云台3。其中，火焰探测器7设于前侧，且向上倾斜设置，用于对高温点进行探测是否为火焰。其中，火焰探测器7还可连接角度调节结构，以便于调节探测角度，通过调节其俯仰角，可适用于不同位置的探测，提高探测准确度。火焰探测器7的后方一侧设有激光雷达4，用于扫描周围物体，导航定位和避障。激光雷达4的后方设有水炮云台3，水炮云台上设有水炮31，通过水炮云台可带动水炮进行水平和垂直旋转，以调整水炮的喷射角度。
25.本实施例中，在水箱的左箱体顶面设有双光云台6，双光云台6上安装有摄像头，摄像头的座体下方设有激光测距仪5，使得激光测距仪5可随摄像头同步转动，监测机器人到火源位置距离。摄像头包括水平设置的可见光摄像头61和热成像摄像头62，可见光摄像头用于进行图像、视频监测；热成像摄像头用于进行热源检测和温度监控。可见光摄像头和热成像摄像头在双光云台的带动下，均可水平360
°
以及垂直360
°
旋转，实现全方位无死角巡检。
26.本实施例中，在水箱的右箱体侧面靠上位置安装有天线安装座，天线安装座上设有卫星定位天线8和网络通讯天线9。其中，卫星定位天线8用于机器人的导航定位，网络通讯天线9用于机器人与后台通讯网络连接使用。
27.本实施例中，前述所有的电器件均连接主控单元，通过主控单元接收各传感器的检测信息，根据各指令控制各云台和水泵动作，并通过网络通讯天线与后台终端进行通信。其中，主控单元设于底盘内。
28.可以说，本实施例的自动巡逻灭火机器人同时具备巡检和灭火两种功能，主要用于监测和发现初始起火点及对初期火源进行压制和灭火，可以实现消防巡逻、火源识别、定位报警、自动喷淋灭火等功能。机器人部署好后，能第一时间发现和处置火情，同时向后台工作人员报警，从巡逻到灭火的整个作业流程无需人员参与操作，全部可以自动完成，且极大减小火灾事故发生率，避免因处置不及时而演变为更大规模的火灾，极大降低火灾事故损失。
29.本实施例机器人的作业流程包括以下步骤：s101：机器人在作业区域内部署完毕后，进行自动巡逻；
s102：在巡逻过程中，当热成像摄像头检测到温度异常时，发送给主控单元，主控单元将热成像摄像头检测到的温度信息经网络通讯天线传输至后台终端，供后台人员监控。
30.s103：由火焰探测器对异常点进行检测，识别是否为火源，若是火源则启动灭火流程，同时向后台值班室报警；若识别为非火源，则无需报警，继续巡逻。
31.s104：当启动灭火流程时，由激光测距仪测量机器人与火源位置的距离，以及调整双光云台的角度使火源点位于可见光摄像头的画面中心。
32.如图3所示：由于激光测距仪装在摄像头上，随摄像头同步运动，此时激光测距仪也同步对准了火源点。机器人的主控单元读取双光云台俯仰角度值θ以及激光测距仪测得的机器人与火源点的直线距离a，即可计算出火源点相对机器人的高度值h和水平距离l1。通过该步骤能够使机器人获取火源点的坐标位置，以便于后续步骤对灭火效果的分析计算。
33.s105：计算水炮喷射点的位置及角度，具体包括：a.机器人预先标定水流喷射轨迹数据。由于水炮在一定的喷射角度时喷射的水流轨迹线相对比较稳定，以水炮喷嘴的喷射口中心为原点，采集水流射出轨迹的中段及靠前段标定点（例如采集水流射出轨迹的最高点，以及在原点与最高点之间采集其余至少一个标定点）的高度及水平坐标值，拟合出水流轨迹线。在0-90
°
范围内取若干个水炮喷射角度进行水流轨迹线拟合，得到有效灭火范围（如图4表示的灰色扇形填充区域，即标定点所围成的区域）。由于水流轨迹越靠前，稳定性越好，但落点面积较小；越靠后，水流稳定性越差，受风力影响会发生较大偏离。因此本实施例所选取的有效灭火范围内，水流稳定性较好，同时落点的面积也足够大。
34.b.机器人根据前述所获取到的火源点位置高度值h，取h值在有效灭火范围内与各个轨迹线在水平方向上的交点（如图4的虚线所示）。此时得到的交点可能会有多个，将这些交点中与机器人水平距离最大的点作为灭火点，此时灭火点的水平距离为l2。l2越大，水流喷出距离越远，落点面积越大。那么l2即为灭火时机器人距火源点的水平距离，灭火点轨迹线的喷射角度α即为灭火时水炮喷嘴的喷射角度。
35.s106：机器人移动至计算的喷射点，调整水炮角度。
36.由于机器人获取到火源点的水平距离l1并不一定等于理论灭火距离l2，此时机器人移动至与火源点水平距离为l2的位置并调整水炮角度至α，然后启动水泵，开始灭火作业。
37.s107：启动水泵开始喷水。
38.其中，水炮云台可根据实际需求同步做小范围调整运动，以增大喷出的水流落点面积。具体为：水炮云台控制水炮喷嘴出水口做小幅度圆周运动，即以理论出水口位置为圆心，r为半径做往复圆周摆动。r值取0-100mm范围内，可自行设定。
39.s108：待水箱水位下降至底部液位传感器的监测高度时，水泵停止工作。
40.s109：灭火工作完成，继续对火情进行图像和视频监控，等待后续工作人员到来处置火情。
41.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种自动巡逻灭火机器人，包括移动底盘、水箱、水炮云台和双光云台；所述水箱和水炮云台设于移动底盘上，水炮云台上设有水炮，水炮的喷嘴经水管与水箱内的水泵连接；其特征在于，还包括：激光测距仪，设于双光云台上，能够随双光云台同步转动，用于测量机器人与火源点的直线距离；主控单元，用于根据双光云台的俯仰角度值以及机器人与火源点的直线距离，计算出火源点相对机器人的高度值h；并根据高度值h以及预先标定的水流喷射轨迹数据计算灭火时机器人距火源点的目标水平距离和灭火时水炮喷嘴的目标喷射角度；还用于控制移动底盘运行至所述目标水平距离处，并控制水炮云台调整至目标喷射角度，开启水泵；所述主控单元还通过通信单元与后台终端进行通信。2.根据权利要求1所述的自动巡逻灭火机器人，其特征在于，所述双光云台上安装有可见光摄像头和热成像摄像头，所述可见光摄像头用于进行图像、视频监测；热成像摄像头用于进行热源检测和温度监控；由控制单元调整双光云台的角度使火源点位于可见光摄像头的画面中心。3.根据权利要求1所述的自动巡逻灭火机器人，其特征在于，所述灭火机器人还包括以下至少一种传感器：火焰传感器，用于对异常点进行检测，识别是否为火源；液位传感器，设于水箱内，用于检测箱体内的液位高度；激光雷达，用于扫描周围环境，进行导航定位和避障。4.根据权利要求3所述的自动巡逻灭火机器人，其特征在于，所述水箱沿宽度方向分为相互连通的第一箱体和第二箱体，其中第二箱体的长度大于第一箱体的长度，第一箱体的前端预留有安装空间，用于安装火焰探测器、激光雷达和水炮云台；第一箱体的高度高于第二箱体，第一箱体的顶面设置所述双光云台，且第一箱体在高出第二箱体的那部分侧面还设置指示灯和/或报警器。5.根据权利要求1所述的自动巡逻灭火机器人，其特征在于，所述移动底盘为六轮驱动，移动底盘的前侧下部的中心位置设有自动充电极片；所述水箱内的水量>120l，水炮喷射流量>80l/min。6.根据权利要求1所述的自动巡逻灭火机器人，其特征在于，所述水箱的侧面安装有天线安装座，天线安装座上设有卫星定位天线和网络通讯天线；所述卫星定位天线用于机器人的导航定位，网络通讯天线用于主控单元与后台终端的通讯。7.一种自动巡逻灭火机器人的灭火控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在机器人的巡逻过程中，当检测到温度异常、以及识别到异常点为火源时，启动灭火流程，并向后台终端进行报警提示；s2：由激光测距仪测量机器人与火源位置的距离，以及调整双光云台的角度使火源点位于可见光摄像头的画面中心；获取双光云台俯仰角度值θ以及激光测距仪与火源点的直线距离a，计算出火源点相对机器人的高度值h；s3：计算水炮喷射点的位置及角度：根据高度值h以及预先标定的水流喷射轨迹数据来获得灭火时机器人距火源点的目标水平距离l2和灭火时水炮喷嘴的目标喷射角度α；s4：控制机器人运行至距火源点的目标水平距离l2处，并控制水炮云台调整至目标喷
射角度α，然后启动水泵，开始灭火作业；s5：待水箱的水位下降至底部液位传感器的监测高度时，水泵停止工作；s6：灭火工作完成，继续对火情进行图像和视频监控，等待后续工作人员到来处置火情。8.根据权利要求7所述自动巡逻灭火机器人的灭火控制方法，其特征在于，s3中，所述计算水炮喷射点的位置及角度具体包括以下步骤：s3-1.预先标定水流喷射轨迹数据：以水炮喷嘴的喷射口中心为原点，采集水流射出轨迹的中段及靠前段标定点的高度及水平坐标值，拟合出水流轨迹线；在0-90
°
范围内取若干个水炮喷射角度进行水流轨迹线拟合，根据标定点所围合的区域，得到有效灭火范围；s3-2. 取高度值h在有效灭火范围内与各个轨迹线在水平方向上的交点，将所获得的交点中与机器人水平距离最大的点作为灭火点，此时灭火点的水平距离为l2，l2即为灭火时机器人距火源点的水平距离，根据水平距离l2和高度值h，获得灭火时水炮喷嘴的喷射角度α。9.根据权利要求7或8所述自动巡逻灭火机器人的灭火控制方法，其特征在于，s4中，水炮喷水时，控制水炮云台带动水炮喷嘴出水口做小幅度圆周运动，即以理论出水口位置为圆心，r为半径做往复圆周摆动，r为0-100mm。10.根据权利要求7或8所述自动巡逻灭火机器人的灭火控制方法，其特征在于，s1中，通过热成像摄像头检测目标位置的温度是否异常，由主控单元将检测到的温度信息经网络通讯天线传输至后台终端，供后台人员监控；以及由火焰探测器对异常点进行检测，识别是否为火源，若是火源则启动灭火流程，同时向后台值班室报警。

技术总结
一种自动巡逻灭火机器人及灭火控制方法，其中机器人包括移动底盘、水箱、水炮云台和双光云台；所述水箱和水炮云台设于移动底盘上，水炮云台上设有水炮，水炮的喷嘴经水管与水箱内的水泵连接；还包括激光测距仪，设于双光云台上，能够随双光云台同步转动，用于测量机器人与火源点的直线距离；主控单元，用于根据双光云台的俯仰角度值以及机器人与火源点的直线距离，计算出火源点相对机器人的高度值H；并根据高度值H以及预先标定的水流喷射轨迹数据计算灭火时机器人距火源点的目标水平距离和灭火时水炮喷嘴的目标喷射角度。本发明还包括一种自动巡逻灭火机器人的灭火控制方法。本发明结构紧凑，灭火精准度高，能够极大减小火灾事故发生率。事故发生率。事故发生率。


技术研发人员：李金波 周剑
受保护的技术使用者：长沙万为机器人有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/1