自主瞄准火源喷水灭火方法、灭火系统及消防机器人的制作方法
【专利摘要】本发明涉及消防设备技术领域，具体公开了一种自主瞄准火源喷水灭火方法、灭火系统及消防机器人，所述灭火方法包括测得消防机器人在起始位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹角、消防机器人在终点位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹角以及消防机器人移动的距离，根据三角函数计算出消防机器人在起在终点位置时与火源的距离，根据火源距离与水炮仰角的关系式计算出水炮仰角，消防机器人根据计算出的火源距离和水炮仰角进行发炮灭火，所述灭火系统包括热成像仪、云台系统、底盘伺服系统、伺服电控型消防水炮、电子水压计和控制系统，所述消防机器人包括所述灭火系统。本发明通过自行瞄准火源并配水灭火实现了自主灭火功能。
【专利说明】
自主瞄准火源喷水灭火方法、灭火系统及消防机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及消防设备技术领域，尤其涉及一种自主瞄准火源喷水灭火方法、灭火 系统及消防机器人。
【背景技术】
[0002] 随着科技的不断发展发展，消防设备越来越多的代替消防队员进入到火场一线进 行灭火战斗，显著提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭 火救援人员的伤亡也产生重要了作用。但是现有技术中的消防设备通常位置固定，一般的 消防设备还需要固定在高处，且覆盖半径十分有限，而现有技术中移动式消防设备如消防 机器人的自主灭火系统缺乏，且实用性极低。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种自主瞄准火源喷水灭火方法、灭火系统及消防机器人， 以实现消防机器人自行识别火源并喷水灭火的自主灭火功能。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自主瞄准火源喷水灭火方法，包括以 下步骤：
[0005] Sl.消防机器人在起始位置A点通过热成像仪检测火源位置C点的方向；
[0006] S2.消防机器人沿直线移动到终点位置B点后再次通过热成像仪检测火源位置C点 的方向；
[0007] S3.测得消防机器人在起始位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹 角ZCAB = a，测得消防机器人在终点位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹 角ZCBA = i3,测得消防机器人移动的距离AB = L;
[0008] S4.根据三角函数计算出消防机器人在起在终点位置时与火源的距离BC，
[0009] AB/s in Z ACB=AC/s in Z CBA = BC/s in Z CAB
[0010] L/sin(a-P) =AC/sin0 = BC/sina
[0011] BC = L sina/sin(a-P)；
[0012] S5.获得消防机器人的消防水炮的喷水口高度H，获得消防机器人的消防水炮的喷 水速度V，设消防机器人的消防水炮的喷水方向与水平方向之间的消防水炮仰角为γ，根据 火源距离BC与水炮仰角γ的关系式计算出水炮仰角γ，
[0015] S6.消防机器人根据计算出的火源距离BC和水炮仰角γ进行发炮灭火。[0016] 优选地，所述获得消防机器人的消防水炮的喷水速度V的过程包括:测量消防机器
[0013]
[0014] 人的防水炮的喷水口内的水压P，根据能量守恒定律以及水深和压强的关系P=p gh计算出 该压强对应的水深理论值h，根据能量守恒定律计算出喷水速度V，
[0017]
[0018]
[0019]优选地，通过云台电机驱动热成像仪旋转以寻找火源，在检测到火源时，通过云台 电机获得消防机器人离其移动路线的旋转角度。
[0020] 优选地，通过伺服电机驱动消防机器人沿直线移动，通过伺服电机的转速与轮径 计算出消防机器人移动的距离。
[0021] 优选地，消防机器人的消防水炮为伺服电控型消防水炮，其包括可实时获取水泡 出水口的仰角与偏移量的水炮伺服电机，消防水炮连接有可实时获取消防水炮内水压的电 子水压计。
[0022] 优选地，所述步骤S1-S5均由控制系统控制各部分自动完成。
[0023]本发明还提供了一种自主瞄准火源喷水灭火系统，包括热成像仪、云台系统、底盘 伺服系统、伺服电控型消防水炮、电子水压计和控制系统;所述热成像仪用于识别火源;所 述云台系统包括云台和云台电机，包括所述热成像仪设在所述云台上，所述云台电机用于 驱动所述热成像仪旋转以寻找火源;所述底盘伺服系统包括移动底盘和伺服电机，所述云 台设在所述移动底盘上，所述伺服电机用于驱动所述移动底盘移动;所述伺服电控型消防 水炮设在所述移动底盘上并与所述所述热成像仪连接;所述电子水压计与所述伺服电控型 消防水炮相连，所述电子水压计用于实时反馈水炮水压;所述控制系统分别与所述热成像 仪、云台系统、底盘伺服系统、伺服电控型消防水炮和电子水压计连接，所述控制系统用于 控制各部分并接收各部分的数据。
[0024] 优选地，所述热成像仪为红外热成像仪。
[0025] 本发明还提供了一种消防机器人，包括所述的自主瞄准火源喷水灭火系统。
[0026] 本发明的自主瞄准火源喷水灭火方法能够自行瞄准火源并喷水灭火，实现了自主 灭火功能，在高危火灾现场，代替消防员进入火场作业，保护了一线消防战士的人身安全， 大大的提高了消防安全性能和消防效率，具有极高的实用性。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例的自主瞄准火源配水灭火方法中定位火源位置的原理图；
[0028]图2为本发明实施例的自主瞄准火源配水灭火方法中喷水落点轨迹的示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于 说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0030]本实施例中的自主瞄准火源喷水灭火方法包括以下步骤：
[0031 ] Sl.消防机器人在起始位置A点通过热成像仪检测火源位置C点的方向；
[0032]具体的，通过云台电机驱动热成像仪旋转以寻找火源，在检测到火源时，通过云台 电机获得消防机器人离其移动路线的旋转角度。
[0033] S2.消防机器人沿直线移动到终点位置B点后再次通过热成像仪检测火源位置C点 的方向；
[0034] 具体的，通过伺服电机驱动消防机器人沿直线移动，通过伺服电机的转速与轮径 计算出消防机器人移动的距离。
[0035] S3.如图1所示，测得消防机器人在起始位置时的火源方向与消防机器人的移动路 线之间的夹角ZCAB = a，测得消防机器人在终点位置时的火源方向与消防机器人的移动路 线之间的夹角ZCBA = i3,测得消防机器人移动的距离AB = L。
[0036] S4.如图1所示，根据三角函数计算出消防机器人在起在终点位置时与火源的距离 BC,
[0037] AB/s in Z ACB=AC/s in Z CBA = BC/s in Z CAB
[0038] L/sin(a-0) =AC/sinP = BC/sina
[0039] BC = L sina/sin(a-p)。
[0040] S5.获得消防机器人的消防水炮的喷水口高度H，获得消防机器人的消防水炮的喷 水速度V，设消防机器人的消防水炮的喷水方向与水平方向之间的消防水炮仰角为γ，根据 火源距离BC与水炮仰角γ的关系式计算出水炮仰角γ，
[0041]
[0042]
[0043] 其中，所述获得消防机器人的消防水炮的喷水速度V的过程包括:测量消防机器人 的防水炮的喷水口内的水压Ρ，根据能量守恒定律以及水深和压强的关系P = P gh计算出该 压强对应的水深理论值h，根据能量守恒定律计算出喷水速度V，
[0044]
[0045]
[0046] S6.消防机器人根据计算出的火源距离BC和水炮仰角γ进行发炮灭火；
[0047] 其中，消防机器人的消防水炮为伺服电控型消防水炮，其包括可实时获取水泡出 水口的仰角与偏移量的水炮伺服电机，消防水炮连接有可实时获取消防水炮内水压的电子 水压计。
[0048] 所述步骤SI -S5均由控制系统控制各部分自动完成。
[0049] 如图2所示，本实施例中步骤S5的具体计算方法为：以水平面为X轴，竖直面为Y轴 建立如图XOY坐标系，消防水炮设置在图中的D点，因此，消防水炮的喷水口高度H=0D。消防 水炮的喷水沿着图中D-M-E曲线运动，最后落点为E，其中M为喷水的最高点，M对应在X轴上 的点为P(未标出），要想定位消防水炮喷水落点，即得出OE的距离即为S。
[0050] 消防水炮的喷水口的喷水速度为V，消防水炮的喷水口与X轴之间的仰角γ，将V分 解为沿X轴的分量Vx和沿Y轴的分量Vy，Vx = Vcos γ，Vy = Vsin γ。
[0051] 分析消防水炮的喷水运动可知，由M到D和由M到E分别为两段平抛运动，由D到M，V 沿Y轴的分量Vy逐渐减小为O，设由D到M运动时间为t，则有：
[0052]
)由M到E为平抛运动，设由 M到E运动时间为t，则有：
[0053]
[0054]
[0055] ,整理后 得，51 =]
[0056] 由上述计算方法的过程可知，本发明的定位方法结合消防水炮的喷水轨迹及运动 原理进行计算，计算方法合理，对于消防水炮喷水的定位更加接近与实际的喷水落点，对于 消防水炮喷水落点的定位合理准确，具有可靠的参依据。
[0057] 由消防水炮喷水落点的定位方法中的公式可知需要获取消防水炮喷水口的喷水 速度，可借助一定的检测仪器进行测量，本发明提供一种更为简便的方法，具体地，所述获 取消防水炮的喷水口的喷水速度V包括：
[0058] 测量消防水炮的喷水口内的水压P;
[0059] 控制系统根据P = P gh计算出该压强对应的水深理论值h;
[0060] 控制系统由能量守恒定律：
[0061 ]上述获取消防水炮的喷水口的喷水速度V的方法中：
[0062] (1)根据能量守恒定律以及水深和压强的关系P = Pgh(h为不同水压下的理论值）， 知道出口面积一定，不同压强下喷水瞬间水的能量等同于水的重力势能。
[0063] (2)近似认为水的势能全部转化动能，则有
[0064 ]因此，本发明将检测消防水炮的喷水口的喷水速度V转换为检测消防水炮的喷水 口内的水压P，通过消防水炮内的水压计就能实现。一方面，现有消防水炮内一般设置有水 压计，可直接利用，无需额外增加检测元件，降低成本，另一方面，检测消防水炮内的水压更 易加简单，容易实现。
[0065] 本发明的消防水炮喷水落点的定位方法可对喷水落点进行有效的定位，这在实际 的消防工作中具有重要的意义。
[0066] 本实施例中的自主瞄准火源喷水灭火系统包括:热成像仪、云台系统、底盘伺服系 统、伺服电控型消防水炮、电子水压计和控制系统;所述热成像仪用于识别火源，所述热成 像仪为红外热成像仪;所述云台系统包括云台和云台电机，所述热成像仪设在所述云台上， 所述云台电机用于驱动所述热成像仪旋转以寻找火源;所述底盘伺服系统包括移动底盘和 伺服电机，所述云台设在所述移动底盘上，所述伺服电机用于驱动所述移动底盘移动;所述 伺服电控型消防水炮设在所述移动底盘上并与所述所述热成像仪连接;所述电子水压计与 所述伺服电控型消防水炮相连，所述电子水压计用于实时反馈水炮水压;所述控制系统分 别与所述热成像仪、云台系统、底盘伺服系统、伺服电控型消防水炮和电子水压计连接，所 述控制系统用于控制各部分并接收各部分的数据。
[0067] 本实施例中的消防机器人包括所述的自主瞄准火源喷水灭火系统。
[0068] 本发明的自主瞄准火源喷水灭火方法能够自行瞄准火源并喷水灭火，实现了自主 灭火功能，在高危火灾现场，代替消防员进入火场作业，保护了一线消防战士的人身安全， 大大的提高了消防安全性能和消防效率，具有极高的实用性。
[0069] 本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发 明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选 择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员 能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1. 一种自主瞄准火源喷水灭火方法，其特征在于，包括以下步骤：51. 消防机器人在起始位置A点通过热成像仪检测火源位置C点的方向；52. 消防机器人沿直线移动到终点位置B点后再次通过热成像仪检测火源位置C点的方 向；53. 测得消防机器人在起始位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹角Z CAB = a，测得消防机器人在终点位置时的火源方向与消防机器人的移动路线之间的夹角Z CBA = i3,测得消防机器人移动的距离AB = L;54. 根据三角函数计算出消防机器人在起在终点位置时与火源的距离BC， AB/sinZACB=AC/sinZCBA = BC/sinZCAB L/sin(a-0) =AC/sinP = BC/sina BC = L sina/sin(a-0)；55. 获得消防机器人的消防水炮的喷水口高度H，获得消防机器人的消防水炮的喷水速 度V，设消防机器人的消防水炮的喷水方向与水平方向之间的消防水炮仰角为γ，根据火源 距离BC与水炮仰角γ的关系式计算出水炮仰角γ，56. 消防机器人根据计算出的火源距离BC和水炮仰角γ进行发炮灭火。2. 根据权利要求1所述的自主瞄准火源喷水灭火方法，其特征在于，所述获得消防机器 人的消防水炮的喷水速度V的过程包括:测量消防机器人的防水炮的喷水口内的水压Ρ，根 据能量守恒定律以及水深和压强的关系P = Pgh计算出该压强对应的水深理论值h，根据能 量守恒定律计算出喷水速度V，3. 根据权利要求1所述的自主瞄准火源喷水灭火方法，其特征在于，通过云台电机驱动 热成像仪旋转以寻找火源，在检测到火源时，通过云台电机获得消防机器人离其移动路线 的旋转角度。4. 根据权利要求3所述的自主瞄准火源喷水灭火方法，其特征在于，通过伺服电机驱动 消防机器人沿直线移动，通过伺服电机的转速与轮径计算出消防机器人移动的距离。5. 根据权利要求4所述的自主瞄准火源喷水灭火方法，其特征在于，消防机器人的消防 水炮为伺服电控型消防水炮，其包括可实时获取水泡出水口的仰角与偏移量的水炮伺服电 机，消防水炮连接有可实时获取消防水炮内水压的电子水压计。6. 根据权利要求1-5中任何一项所述的自主瞄准火源喷水灭火方法，其特征在于，所述 步骤S1-S5均由控制系统控制各部分自动完成。7. -种自主瞄准火源喷水灭火系统，其特征在于，包括热成像仪、云台系统、底盘伺服 系统、伺服电控型消防水炮、电子水压计和控制系统;所述热成像仪用于识别火源;所述云 台系统包括云台和云台电机，所述热成像仪设在所述云台上，所述云台电机用于驱动所述 热成像仪旋转以寻找火源;所述底盘伺服系统包括移动底盘和伺服电机，所述云台设在所 述移动底盘上，所述伺服电机用于驱动所述移动底盘移动;所述伺服电控型消防水炮设在 所述移动底盘上并与所述热成像仪连接;所述电子水压计与所述伺服电控型消防水炮相 连，所述电子水压计用于实时反馈水炮水压;所述控制系统分别与所述热成像仪、云台系 统、底盘伺服系统、伺服电控型消防水炮和电子水压计连接，所述控制系统用于控制各部分 并接收各部分的数据。8. 根据权利要求7所述的自主瞄准火源喷水灭火系统，其特征在于，所述热成像仪为红 外热成像仪。9. 一种消防机器人，其特征在于，包括权利要求7或8所述的自主瞄准火源喷水灭火系 统。
【文档编号】A62C37/00GK105944270SQ201610089595
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】王坤, 郭李浩, 杨文玉
【申请人】青岛克路德机器人有限公司