一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统及方法与流程

本发明涉及一种消防机器人的控制系统，特别是一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统及方法。

背景技术：

随着社会经济的迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有相应的设备贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡。

消防机器人作为特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。此类灾害具有突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难等特点，已成顽疾。而消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。现场指挥人员可以根据其反馈结果，及时对灾情作出科学判断，并对灾害事故现场工作作出正确、合理的决策。

由于目前的消防机器人大多是通过在路面行走、跨越障碍物、实时监测机器人行走路线过程中前方水平方向的地理情况，然后到达灾区发生的中心位置并进行喷水灭火的效果，但是这样的检测方式只能对着火点水平方向进行实时检测，并不能从上到下进行大范围的了解火情的具体情况，或者一旦有障碍物就会使检测受到一定的局限性，因此目前的着火点检测均为开放式检测，无法实现闭环式的检测效果，最终影响救援的时间，因此需要改进。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种对消防过程中实现水平方向的检测路径以及垂直方向构成的检测路径，最终实现对火灾以及路况进行闭环控制，以此来提高检测效率及灭火效率的一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统及方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统，包括设于移动灭火设备上的主操作系统和设于飞行器上的辅操作系统，所述主操作系统与辅操作系统通讯连接，所述主操作系统包括主控制器、火情分析系统、灭火设备、水平方向图像摄像设备和第一坐标检测设备，所述的火情分析系统用于对所述水平方向和垂直方向检测到的火情进行计算并分析最终确定火情的具体位置区域、范围和大小，所述灭火设备通过检测到的火灾位置并根据移动灭火设备上的具体位置实现自动开启灭火设备进行灭火；所述第一坐标检测设备实时检测移动灭火设备的具体位置坐标（x1，y1，z1），所述辅操作系统包括垂直方向图像摄像设备、投灭火弹系统、灭火弹检测系统、烟雾检测设备、风向标、辅控制器和第二坐标检测设备，所述垂直方向图像摄像设备、投灭火弹系统、灭火弹检测系统、烟雾检测设备、风向标和第二坐标检测设备均连接在辅控制器上，且辅控制器与主控制器通讯连接，所述第二坐标检测设备实时检测所述飞行器的具体位置坐标（x2，y2，z2），所述主控制器通过飞行器发送过来的飞行器具体坐标位置与移动灭火设备的坐标位置实时确定两者的距离，并使其保持在设定范围内同时通过飞行器发送过来的垂直方向图像摄像设备和自身的水平方向图像摄像设备实时监测飞行器前方规定范围内的闭环路径情况最终控制移动灭火设备顺利移动到最佳的灭火位置以及到达火灾位置时，通过检测着火点的闭环路径最终准确地计算出火灾的范围、大小并控制灭火设备和投灭火弹系统工作实现闭环灭火。

作为优选，进一步提高实时检测效率，所述主操作系统还包括：连接卫星导航系统的定位系统，用于接收飞行器和移动灭火设备的实时位置；

主存储器，用于储存移动灭火设备行驶过程中的路径以及火灾相关信息；

主机损坏检测装置，用于检测主检测系统的损坏情况；

所述辅操作系统还包括：

红外传感器，用于对火灾现场的温度检测，以及探测火情发生区域的生命迹象；

辅储存器，用于储存飞行器行驶过程中的路径与火灾现场信息，且所述的辅储存器与主存储器之间信息相互传输。

本发明还公开了一种消防机器人，所述移动灭火设备为消防机器人，所述飞行器为无人机，且消防机器人包括用于放置主操作系统的消防机器人本体，在消防机器人本体上设有用于停靠无人机的无人机停靠点，在消防机器人本体内设有灭火弹投放箱，所述灭火弹投放箱的下方连接有倾斜设置的灭火弹输送舱，所述主控制器上连接有控制灭火弹输送舱与灭火弹投放箱连通或关闭的阀门，所述水平方向图像摄像设备中的摄像头角度固定始终保持水平方向检测，所述垂直方向图像摄像设备中的摄像头朝向下方，且其摄像头能够水平方向绕着摄像头镜头的中心360度旋转。

作为优选，为了进一步体现如何安装灭火弹，所述无人机的底部设有旋转装置，所述旋转装置的下方设有旋转盘，在旋转盘上设有均匀分布的灭火弹安装部，在每一个灭火弹安装部上设有当旋转装置旋转后，使任意一个灭火弹安装部与灭火弹输送舱对应后，将信号发送给主控制器的位置感应器，在灭火弹安装部上还设有与主控制器连接的物品感应器。

作为优选，进一步将灭火弹投入到灭火弹安装部中，所述灭火弹安装部的下方能够通过辅控制器打开，使灭火弹离开灭火弹安装部，在旋转盘上设有与对应的每一个灭火弹安装部贯通的进料口，且所述灭火弹输送舱上设有将灭火弹推送入进料口的推送器。

本发明还公开了一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统的控制方法，包括上述的一种消防机器人，是具体包括以下步骤：

（a）得到报警信息，立即调取火灾位置最近的消防机器人，该消防机器人到达目的地，启动消防机器人，消防机器人上的主操作系统工作，通过卫星定位系统检测当前位置，并确定是否与储存在主控制器内的火灾地理位置在同一区域内，确定完成后，此时主控制器驱动底盘滚轮的电机转动，带动底盘前进，同时启动水平方向图像摄像设备工作，实时检测机器人前方水平方向上的路况信息及障碍物信息；

（b）然后主控制器开启无人机工作，飞离机器人，然后通过第二坐标检测设备实时检测所述飞行器的具体位置坐标（x2，y2，z2）并发送给主控制器；由主控制器通过第一坐标检测设备实时监测机器人本体的位置坐标（x1，y1，z1）然后与飞行器的具体位置坐标（x2，y2，z2）对比计算出两者的水平距离，在飞行过程中使两者距离保持在设定范围内，一旦超出规定范围，主控制器控制机器人提速使其与无人机始终保持在规范范围内；

（c）由无人机上的垂直方向图像摄像设备从上到下在一定范围内实时监测距离机器人规定范围内的路况信息，然后发送给主控制器，由主控制器通过水平、纵向方向双重检测机器人前方的路况信息，从而实现对路况的闭环检测；使消防机器人能够避开前方的障碍物，同时又能够规划行走的路径，最终达到火灾现场，并控制机器人停靠在灭火的最佳位置；

（d）当靠近火灾现场时，此时由无人机停靠在高空位置时，从上到下并通过调整垂直方向图像摄像设备上的摄像头进行水平方向的360度旋转构成一个从上到下的闭环检测路径，并通过水平方向图像摄像设备检测水平方向上构成的水平方向的检测点与无人机的检测路径构成一个闭环的检测方式；然后将检测的数据传输给主控制器，由主控制器上的火情分析系统分析得到精确的火灾信息，然后控制灭火设备以及灭火弹检测系统进行投弹灭火。

进一步实时检测现场温度情况来作为对灭火情况的实时监测，本发明提供的一种消防机器人的闭环控制方法，其步骤还包括：

步骤（e）通过红外传感器预先检测火灾位置的生命迹象，若有，说明有生命迹象，通过检测生命位置的温度情况，并判断是否温度过高，若温度过高，说明该处有大火，此时先对生命位置进行灭火，并将位置信息发送给云台，由云台控制救援人员来救援，然后继续检测火场是否还有其他生命迹象，若有，继续判断是否温度过高，若温度过高，说明该处有大火，此时先对生命位置进行灭火，并将位置信息发送给云台，由云台控制救援人员来救援，直至无生命迹象即可，说明火灾处未有人员受困，此时检测火灾现场的温度情况，检测到温度最高点的位置时，说明该处火情严重，先进行灭火，然后按照温度顺序继续进行灭火，直至灭火完成；

作为优先，为了进一步实现能够确保实时数据不被破坏，以备后续使用，本发明提供的一种消防机器人的闭环控制方法，其步骤还包括：

同时机器人在火灾现场检测灭火过程中，一旦主机损坏检测装置检测到主检测系统被破坏时，立即将主存储器内的数据传输给辅储存器，然后由辅储存器飞离现场。

作为优先，为了进一步实现快速安装灭火弹，当检测到无人机上的灭火弹用完时，控制无人机飞回无人机停靠点，然后由主控制器控制旋转装置实现顺时针旋转，当位置感应器感应到信息时，说明有一个灭火弹安装部的进料口与灭火弹输送舱对应，此时主控制器控制旋转装置停止旋转，并打开阀门，输送一个灭火弹到该灭火弹安装部上，然后通过推送器推将灭火弹送入灭火弹安装部，并夹紧，再控制旋转装置工作继续旋转，实现下一个灭火弹的安装，直至将无人机上的灭火弹全部装满，此时物品感应器检测到信息，控制阀门关闭，并控制无人机重新起飞工作。

本发明得到的一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统及方法，通过从上到下的路径构成一个圆形轨迹，与水平方向的直线轨迹构成一个半圆形的闭环路径，实现对道路的闭环检测，从而以最快的速度避开障碍物，到达终点，同时到达火场时，通过半圆形的闭环路径实现对火情的实时监测，以确定检测的准确性，最终提高灭火效率，并利用灭火弹以及灭火设备进行水平以及上下灭火实现闭环灭火，最终以最短的速度保证灭火效率、人员及财产的安全。

附图说明

图1是实施例1所提供的一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统的结构示意图；

图2是实施例1所提供的一种消防机器人的结构示意图；

图3是实施例1所提供一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统的控制方法的流程示意图；

图4是实施例1中闭环路径的结构示意图；

图5是实施例2所提供的一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统的结构示意图；

图6是实施例2所提供的一种消防机器人的结构示意图；

图7是实施例2中的无人机结构示意图；

图8是实施例2所提供一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统的控制方法的上半部分流程示意图；

图9是实施例2所提供一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统的控制方法的下半部分流程示意图。

图中：主控制器1、火情分析系统2、灭火设备3、水平方向图像摄像设备4、第一坐标检测设备5、垂直方向图像摄像设备6、投灭火弹系统7、灭火弹检测系统8、烟雾检测设备9、风向标10、辅控制器11、第二坐标检测设备12、定位系统13、主存储器14、主机损坏检测装置15、红外传感器17、辅储存器18、消防机器人19、无人机20、消防机器人本体21、灭火弹投放箱22、灭火弹输送舱23、阀门24、旋转装置25、灭火弹安装部26、位置感应器27、物品感应器28、推送器29、无人机停靠点30、旋转盘31、进料口32。

具体实时方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供的一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统，包括设于移动灭火设备上的主操作系统和设于飞行器上的辅操作系统，所述主操作系统与辅操作系统通讯连接，所述主操作系统包括主控制器1、火情分析系统2、灭火设备3、水平方向图像摄像设备4和第一坐标检测设备5，所述的火情分析系统2用于对所述水平方向和垂直方向检测到的火情进行计算并分析最终确定火情的具体位置区域、范围和大小，所述灭火设备3通过检测到的火灾位置并根据移动灭火设备上的具体位置实现自动开启灭火设备3进行灭火；所述第一坐标检测设备5实时检测移动灭火设备的具体位置坐标（x1，y1，z1），所述辅操作系统包括垂直方向图像摄像设备6、投灭火弹系统7、灭火弹检测系统8、烟雾检测设备9、风向标10、辅控制器11和第二坐标检测设备12，所述垂直方向图像摄像设备6、投灭火弹系统7、灭火弹检测系统8、烟雾检测设备9、风向标10和第二坐标检测设备12均连接在辅控制器11上，且辅控制器11与主控制器1通讯连接，所述第二坐标检测设备12实时检测所述飞行器的具体位置坐标（x2，y2，z2），所述主控制器1通过飞行器发送过来的飞行器具体坐标位置与移动灭火设备的坐标位置实时确定两者的距离，并使其保持在设定范围内同时通过飞行器发送过来的垂直方向图像摄像设备6和自身的水平方向图像摄像设备4实时监测飞行器前方规定范围内的闭环路径情况最终控制移动灭火设备顺利移动到最佳的灭火位置以及到达火灾位置时，通过检测着火点的闭环路径最终准确地计算出火灾的范围、大小并控制灭火设备3和投灭火弹系统7工作实现闭环灭火。

如图2所示，本实施例还公开了一种消防机器人，包括采用上述的一种消防机器人系统，所述移动灭火设备为消防机器人19，所述飞行器为无人机20，且消防机器人19包括用于放置主操作系统的消防机器人本体21，在消防机器人本体21上设有用于停靠无人机20的无人机停靠点30，在消防机器人本体21内设有灭火弹投放箱22，所述灭火弹投放箱22的下方连接有倾斜设置的灭火弹输送舱23，所述主控制器1上连接有控制灭火弹输送舱23与灭火弹投放箱22连通或关闭的阀门24，所述水平方向图像摄像设备4中的摄像头角度固定始终保持水平方向检测，所述垂直方向图像摄像设备6中的摄像头朝向下方，且其摄像头能够水平方向绕着摄像头镜头的中心360度旋转。

如图3所示，本实施例还公开了一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统的控制方法，包括上述的一种消防机器人，是具体包括以下步骤：

（a）得到报警信息，立即调取火灾位置最近的消防机器人19，该消防机器人19到达目的地，立即启动消防机器人19，消防机器人19上的主操作系统工作，通过卫星定位系统检测当前位置，并再次确定是否与储存在主控制器1内的火灾地理位置在同一区域内，确定完成后，此时主控制器1驱动底盘滚轮的电机转动，带动底盘前进，同时启动水平方向图像摄像设备4工作，实时检测机器人前方水平方向上的路况信息及障碍物信息；（b）然后主控制器1开启无人机20工作，飞离机器人，然后通过第二坐标检测设备12实时检测所述飞行器的具体位置坐标（x2，y2，z2）并发送给主控制器1；由主控制器1通过第一坐标检测设备5实时监测机器人本体的位置坐标（x1，y1，z1）然后与飞行器的具体位置坐标（x2，y2，z2）对比计算出两者的水平距离，在飞行过程中使两者距离保持在设定范围内，一旦超出规定范围，主控制器1控制机器人提速使其与无人机20始终保持在规范范围内；

（c）由无人机20上的垂直方向图像摄像设备6从上到下在一定范围内实时监测距离机器人规定范围内的路况信息，然后发送给主控制器1，由主控制器1通过水平、纵向方向双重检测机器人前方的路况信息，从而实现对路况的闭环检测；使消防机器人19能够避开前方的障碍物，同时又能够规划行走的路径，最终达到火灾现场，并控制机器人停靠在灭火的最佳位置；在本实施例中所述灭火的最佳位置位置的确定是依靠火情大小、能够使灭火设备起到最佳效果，而对最佳位置确定的计算方法是目前机器人的一种常规技术手段，因此在此不作具体描述；

（d）当靠近火灾现场时，此时由无人机20停靠在高空位置时，从上到下并通过调整垂直方向图像摄像设备6上的摄像头进行水平方向的360度旋转构成一个从上到下的闭环检测路径（如图4所示），并通过水平方向图像摄像设备4检测水平方向上构成的水平方向的检测点与无人机的检测路径构成一个闭环的检测方式；然后将检测的数据传输给主控制器1，由主控制器1上的火情分析系统2分析得到精确的火灾信息，然后控制灭火设备3以及灭火弹检测系统8进行投弹灭火。

首选将该消防机器人按消防机器人的最远距离分布在不同位置处，工作时，当某地出现报警时，此时根据报警人员详细说明的报警点进行火灾位置的初步确定，然后报警中心根据火灾位置的查找靠近火灾位置最近的消防机器人，启动报警信息，然后由消防机器19规划路径然后根据路径到达火灾位置，然后进入火灾现场，例如某大厦，此时消防机器19工作，使得内部的主控制器1工作，控制水平方向图像摄像设备4工作实时监测水平方向上的前方路况信息构成一个直线监测路径，并控制辅监测系统工作，无人机20飞离消防机器人本体21，此时主控制器1通过第一坐标检测设备5实时监测防机器人本体21的位置情况得到第一坐标（x1，y1，z1），由第二坐标检测设备12监测无人机20的位置情况得到第二坐标（x2，y2，z2），并由主控制器1计算两者的距离，一旦超出规范范围内，控制消防机器人本体21的运行速度，使两者始终保持在规定范围内，而不影响数据传输的稳定性，同时通过垂直方向图像摄像设备6实时监测从上到下的路径构成一个圆形轨迹，与水平方向的直线轨迹构成一个半圆形的闭环路径，实现对道路的闭环检测，从而以最快的速度避开障碍物，到达终点，同时到达火场时，通过这样的闭环路径实现对火情的实时监测，以确定检测的准确性，最终提高灭火效率，并利用无人机20上的灭火弹以及消防机器人19上的高压灭火设备进行水平以及上下灭火实现闭环灭火，最终以最短的速度保证灭火效率、人员及财产的安全。

同时本实施例中涉及到的相关算法是本技术领域的公知技术，在此不作具体描述。

实施例2：

如图5所示，本实施例提供的一种基于消防机器人的火灾救援闭环控制系统，为了进一步提高实时检测效率，所述主操作系统还包括：连接卫星导航系统的定位系统13，用于接收飞行器和移动灭火设备的实时位置；

主存储器14，用于储存移动灭火设备行驶过程中的路径以及火灾相关信息；

主机损坏检测装置15，用于检测主检测系统的损坏情况；

所述辅操作系统还包括：

红外传感器17，用于对火灾现场的温度检测，以及探测火情发生区域的生命迹象；

辅储存器18，用于储存飞行器行驶过程中的路径与火灾现场信息，且所述的辅储存器18与主存储器14之间信息相互传输。

如图6、图7所示，同时本实施例中还公开了一种消防机器人，为了进一步体现如何安装灭火弹，所述灭火弹安装部26的下方能够通过辅控制器11打开，使灭火弹离开灭火弹安装部26，在旋转盘31上设有与对应的每一个灭火弹安装部26贯通的进料口32，且所述灭火弹输送舱23上设有将灭火弹推送入进料口32的推送器29。同时，为了进一步将灭火弹投入到灭火弹安装部26中，所述灭火弹安装部26的下方能够通过辅控制器11打开，使灭火弹离开灭火弹安装部26，在旋转盘31上设有与对应的每一个灭火弹安装部26贯通的进料口32，且所述灭火弹输送舱23上设有将灭火弹推送入进料口32的推送器29。在本实施例中辅控制器11如何控制灭火弹安装部26的开口打开的结构属于常规技术，因此在此不作具体描述。

如图8、图9所示，进一步实时检测现场温度情况来作为对灭火情况的实时监测，本实施例提供的一种消防机器人的闭环控制方法，其步骤还包括：

步骤（e）通过红外传感器17预先检测火灾位置的生命迹象，若有，说明有生命迹象，通过检测生命位置的温度情况，并判断是否温度过高，若温度过高，说明该处有大火，此时先对生命位置进行灭火，并将位置信息发送给云台，由云台控制救援人员来救援，然后继续检测火场是否还有其他生命迹象，若有，继续判断是否温度过高，若温度过高，说明该处有大火，此时先对生命位置进行灭火，并将位置信息发送给云台，由云台控制救援人员来救援，直至无生命迹象即可，说明火灾处未有人员受困，此时检测火灾现场的温度情况，检测到温度最高点的位置时，说明该处火情严重，先进行灭火，然后按照温度顺序继续进行灭火，直至灭火完成；

同时机器人在火灾现场检测灭火过程中，一旦主机损坏检测装置15检测到主检测系统被破坏时，立即将主存储器14内的数据传输给辅储存器18，然后由辅储存器18飞离现场。

当检测到无人机20上的灭火弹用完时，控制无人机20飞回无人机停靠点30，然后由主控制器1控制旋转装置25实现顺时针旋转，当位置感应器27感应到信息时，说明有一个灭火弹安装部26上的进料口32与灭火弹输送舱23对应，此时主控制器1控制旋转装置25停止旋转，并打开阀门24，输送一个灭火弹到该灭火弹安装部26上，然后通过推送器29推将灭火弹送入灭火弹安装部26，并夹紧，再控制旋转装置25工作继续旋转，实现下一个灭火弹的安装，直至将无人机20上的灭火弹全部装满，此时物品感应器28检测到信息，控制阀门24关闭，并控制无人机20重新起飞工作。