专利名称：自动爬楼消防机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型属于消防装置技术领域，涉及一种自动爬楼消防机器人。
背景技术：
由于城市化进程的不断加快，高层建筑特别是各种娱乐场所、办公大楼、超级商 场，高层建筑以及图书馆等不断增加，加之城市基础设施的进一步完善，地铁逐渐成为大中 城市的主要设施，随之而来的是各种事故及火灾时有发生，而这些地方由于环境及地理位 置特殊，一般的重型装备由于难以抵达现场，只能在外围进行施救，而现有的灭火手段，效 果都不理想，对火灾仅仅只有控制作用，难以达到快速有效扑救的实质性效果。而目前高层 建筑火灾的快速有效灭火救援一直是困扰消防领域的世界性难题。另外是随着楼层的增高，扑救其火灾时向上输水愈加困难；二是在狭窄、易燃易爆 场合，人员施救难以展开，更具十分危险。目前车载式冷气溶胶灭火装置，由于其体积和重量较大，结构复杂，加之其不能长 距离输送的特点，因此只能限于室外使用，不能进入建筑内部灭火。而目前所有应用于爬楼的机器人均为智能和玩具机器人，因此其体积和重量均较 小，只能携带很少的负重，因此不具有实际使用价值，即使是目前具有较大载重能力的爬楼 轮椅其携带重量也不超过100kg，并且由于没有稳定及防倾翻装置，因此在爬楼时还需随行 人员的帮助；而目前世界上最先进的德国产“陆虎60”排烟机器人，由于它所采用的是发动 机驱动液压系统的传统结构形式，因此操作复杂、故障率高、缺乏灵活性、特别是自重和体 积相对来说都很大，而且最致命的缺点是无法进一步小型化，况且由于自身体积的限制，所 装发动机功率往往都不大，因此其载重量也不超过250kg ；另外其宽度均超过1. 3米，远远 大于普通建筑楼梯的标准，根本不具有爬楼的可能。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种自动爬楼消防机器人，能自动行走、上下楼梯、运 载和喷射灭火剂、实施火场侦察。本实用新型采用的技术方案是，一种自动爬楼消防机器人，包括履带式自动行走 底盘，履带式自动行走底盘上分别设置有消防灭火系统、紧急喷射自保装置、控制及图像传 输系统；履带式自动行走底盘包括蓄电池组、支承底盘、履带驱动系统、稳定及防倾翻机 构，蓄电池组安装于支承底盘上，履带驱动系统包括驱动器、减速器、左右履带驱动轮、左右 连杆、左右压轮、左右履带，驱动器、减速器、左右压轮均固定安装在支承底盘上，驱动器与 减速器相连，该减速器与左右履带驱动轮相连，左右履带驱动轮上的外齿驱动左右履带，该 左右压轮通过左右连杆与左右履带驱动轮相连，从而使左右履带张紧安装；稳定及防倾翻 机构是一个可升降装置，包括带减速器的执行电机、支撑体、转轴和能够转动的滑动支撑 体，执行电机其上下两端分别与支承底盘和支撑体铰接，支撑体上端通过转轴与支承底盘铰接安装，支撑体的下端铰接于滑动支撑体上，滑动支撑体与地面滑动接触，并可随履带式 自动行走底盘同步行走；消防灭火系统包括泡沫罐、泡沫进液管道、水罐、泡沫比例混合器、泡沫混合管道、 水泵进水管道、引射管道、消防水泵、第一喷射口、第一喷射装置、第一水泵出水管道、第二 水泵出水管道、水泵动力输入装置、第二喷射口、第二喷射装置，泡沫罐、水罐及水泵动力输 入装置均安装于支承底盘上，泡沫罐通过泡沫进液管道与泡沫比例混合器连接，该泡沫比 例混合器通过泡沫混合管道、水泵进水管道连接有消防水泵，该泡沫比例混合器还通过引 射管道、第一水泵出水管道分别与消防水泵、第一喷射装置连接，第一喷射装置与第一喷射 口相通，消防水泵与第二喷射装置通过第二水泵出水管道连接；第二喷射装置与第二喷射 口相通，水泵动力输入装置与消防水泵相连。本实用新型的特征还在于，紧急喷射自保装置包括自带气压的干粉瓶、管路和干粉喷射装置，干粉瓶固定安 装于支撑底盘上，并通过管路与干粉喷射装置相连，干粉喷射装置安装在喷射装置的上部。控制及图像传输系统包括无线控制器、无线接收装置、图像传输装置、显示屏、摄 像装置a、摄像装置b ；显示屏共有两个，安装在无线控制器的顶盖上；无线接收装置分别与 执行电机、水泵动力输入装置、干粉瓶上的阀门、驱动器、摄像装置a、摄像装置b连接；摄像 装置a安装在支承底盘前端下部，摄像装置b安装在支承底盘后顶部。本实用新型的自动爬楼消防机器人与现有技术相比，其显著优点(1)采用的履 带式自动行走机械可以实现正常行走、后退、转向及原地转向的功能，并安全、顺利的上 下普通建筑楼梯和地铁楼梯，其承载能力可达1吨以上，并能保证当其外形尺寸不大于 1050X850X 1700mm (长X宽X高)时，顺利、安全、快捷的上下普通建筑楼梯和地铁楼梯， 解决了大型灭火设备不能抵达上述场合的难题。(2)采用的履带式自动行走底盘上安装 常规消防设备即能在上述场合实现快速有效的火灾扑救，同时又能实现深入火场侦察之功 能。特别是在超高层火灾中，通过子母机组合，接力运输供应灭火剂(如水或泡沫等)可完 全满足第一辆灭火机器人充裕喷射灭火剂，无断水之忧，保证了高层灭火时对灭火剂的充 分需要。(3)具备重载时快速、安全的爬楼能力本实用新型所采用的履带式自动行走底盘 可以实现正常行走、后退、转向及原地转向的功能，因此具有转弯半径小，操作灵活的优势， 加上其独有的稳定及防倾翻装置，从而使消防机器人在其外形尺寸不大于长X宽X高为 1050X850X 1700mm时，其承载能力可达1-1. 5吨以上时能安全、顺利的上下普通建筑楼梯 和地铁楼梯，从而解决了大型灭火设备不能抵达上述场合的难题。(4)具有耐高温、抗辐射 及防爆的特性由于本实用新型所采用的材料均具备耐高温、抗辐射及防爆的特性，加上其 独有的安全自保装置和稳定及防倾翻机构，从而确保消防机器人能安全、快速的进入建筑 内部并深入火场，从而实现灭火以及侦察之功能。(5)采用的在紧急情况时可喷射超细干粉 或干粉包的紧急喷射自保装置，因其使用的灭火剂-超细干粉在有效空间所具有的良好的 灭火性能，从而较好的解决了目前消防装备在灭火及抢险过程中的自身安全问题，为抢险 救援提供了可靠的安全保证。(6)由于采用了带显示屏的无线控制结构，使得消防队员即使 在300米以上的距离外仍然可以方便的操控消防机器人，从而大大降低了消防队员自身的 危险性。总之，本实用新型解决了高层建筑、地下室、地铁以及狭窄及易爆场所的火灾扑救 难题，同时也达到了多功能降低成本，更重要的是减少了施救人员的危险伤害，并同时满足不同需求之目的。
图1为本实用新型中自动爬楼消防机器人控制原理图。图2为本实用新型中履带驱动系统结构示意图。图3为本实用新型中自动爬楼消防机器人外形结构示意图。图4为本实用新型中稳定及防倾翻机构的结构示意图。图5为本实用新型中消防灭火系统的结构示意图。图6为本实用新型中紧急自保喷射装置的结构示意图。图中，1.自动爬楼消防机器人，2.履带式自动行走底盘，3.消防灭火系统，4.紧 急喷射自保装置，5.控制及图像传输系统，6.蓄电池组，7.支承底盘，8.履带驱动系统，
9.稳定及防倾翻机构，10.驱动器，11.减速器，12.左右履带驱动轮，13.左右连杆，14.左 右压轮，15.左右履带，16.执行电机，17.支撑体，18.滑动支撑体，19.转轴，20.泡沫罐， 21.泡沫进液管道，22.水罐，23.泡沫比例混合器，24.泡沫混合管道，25.水泵进水管 道，26.引射管道，27.消防水泵，28.第一喷射口，29.第一喷射装置，30.第一水泵出水 管，31.第二水泵出水管，32.水泵动力输入装置，33.干粉瓶，34.管路，35.干粉喷射装 置，36.摄像装置a，37.摄像装置b，38.无线控制器，39.无线接收装置，40.图像传输 装置，41.显示屏，42.第二喷射口，43.第二喷射装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。结合图1，本实用新型自动爬楼消防机器人包括设置履带式自动行走底盘2、消防 灭火系统3、紧急喷射自保装置4、控制及图像传输系统5，消防灭火系统3、紧急喷射自保 装置4、控制及图像传输系统5安装在履带式自动行走底盘2上面。履带式自动行走底盘 2是整个自动爬楼消防机器人1的载体，所有装置均安装在它上面，因而它既是整个自动爬 楼消防机器人1的运行体也是承载体。如图2所示，履带式自动行走底盘2包括蓄电池组 6 (蓄电池组6作为履带驱动系统的动力，其蓄电池电压可为24V或48V)、支承底盘7、履带 驱动系统8、稳定及防倾翻机构9，蓄电池组6安装于支承底盘7上。履带驱动系统8包括 驱动器10、减速器11、左右履带驱动轮12、左右连杆13、左右压轮14、左右履带15，驱动器
10、减速器11、左右压轮14均固定安装在支承底盘7上，驱动器10与减速器11相连，该减 速器11与左右履带驱动轮12相连，左右履带驱动轮12上的外齿驱动左右履带15，该左右 压轮14通过左右连杆13与左右履带驱动轮12相连，从而使左右履带15张紧安装。该左 右履带15为梯形高强度阻燃橡胶(内附不锈钢板)或高强度铝合金，可顺利爬越普通建筑楼 梯和地铁楼梯。根据控制要求可使左右两根履带以同向同速、同向差速，反向同速、反向差 速行驶，从而保证组合式自动爬楼消防机器人能够实现正常行走、后退、转向及原地转向的 功能。如图3和图4所示，稳定及防倾翻机构9是一个可升降装置，当机器人上下楼梯时， 该装置可随行并支承于地面起到稳定和防止倾翻的作用。包括带减速器的执行电机16、支 撑体17、转轴19和能够转动的滑动支撑体18，执行电机16其上下两端分别与支承底盘7 和支撑体17铰接，支撑体17上端通过转轴19与支承底盘7铰接安装，下端铰接于与地面
5接触的滑动支撑体18上，而滑动支撑体18与地面滑动接触，并可随履带式自动行走底盘2 同步行走；消防灭火系统3的结构如图5所示，包括泡沫罐20、泡沫进液管道21、水罐22、 泡沫比例混合器23、泡沫混合管道对、水泵进水管道25、引射管道沈、消防水泵27、第一喷 射口 28、第一喷射装置四、第一水泵出水管道30、第二水泵出水管道31、第二喷射口 42、第 二喷射装置43、水泵动力输入装置32，泡沫罐20、水罐22及水泵动力输入装置32均安装于 支承底盘7上，泡沫罐20通过泡沫进液管道21与泡沫比例混合器23连接，该泡沫比例混 合器23依次通过泡沫混合管道M、水泵进水管道25分别将水罐22与消防水泵27连接，泡 沫比例混合器23再通过引射管道沈、第一水泵出水管道30分别与消防水泵27、第一喷射 装置四连接，第一喷射装置四与第一喷射口观相通，消防水泵27与第二喷射装置43通 过第二水泵出水管道31连接；水泵动力输入装置32与消防水泵27相连，第二喷射装置43 与第二喷射口 42相通。第一喷射装置四、第二喷射装置43可以实现喷水和喷泡沫，且能 俯仰-30° +70°，左右旋转0° 360°并能无线或有线全功能操作；液罐安装在支承底 盘7上，容量500 800L，并安装外注水C 65快速接口和外供水C 100快速接口一组；泵 系安装于支承底盘上，其流量为20L/s，水泵出口处压力为0. 8 1. OMPa，液罐、泵系、喷射 装置通过管路联接。载体上安装的所有电器以及线路均具有耐高温、抗辐射、防爆的措施和 功能。结合图6，本实用新型自动爬楼消防机器人中，紧急喷射自保装置4包括自带气压 的干粉瓶33、管路34和干粉喷射装置35，干粉瓶33固定安装于支撑底盘7上，并通过管 路；34与干粉喷射装置35相连，而干粉喷射装置35分别安装在第一喷射装置四与第二喷 射装置43的上部。当自动爬楼消防机器人在火灾现场遭遇紧急情况时，可喷射超细干粉或 干粉包以便自保，为自动爬楼消防机器人的自身安全提供了可靠的保证，同时也为设备及 人员的安全撤出赢得了宝贵的时间。(1)粒径不大于5um的干粉称为超细干粉，通称冷气 溶胶。大量的灭火试验表明冷气溶胶的灭火效率是哈龙灭火剂的3 5倍，是七氟丙烷灭 火剂的8倍，CO2灭火剂的10倍，其最低灭火浓度为彡70g/m3。(2)采用干粉喷射装置，以 “气-粉”射流方式将超细干粉灭火剂射出，形成冷气溶胶灭火剂射流。冷气溶胶的密度与 空气接近，具有可压缩性、流动性、弥散性等气体灭火剂的典型特点，可快速弥漫至室内有 限空间产生“全淹没”的灭火效果，使火焰在极短的时间内熄灭；可代替补空气流进入隧道、 楼房、地铁等复杂空间内将大火快速扑灭；以惰化浓度将冷气溶胶灭火剂射入泄漏出的可 燃气体中时，可抑制爆燃、爆轰的发生。(3)扑灭不宜用水的火灾，如快速扑灭有限空间内 的A、B、C、D类火灾、电器火灾及其它火灾。结合图1，本实用新型自动爬楼消防机器人中，控制及图像传输系统5包括无线控 制器38或有线控制器、无线接收装置39、图像传输装置40、显示屏41、摄像装置a36、摄像 装置b37 ；显示屏41共有2个，安装在无线控制器38的顶盖上，分别用于接收和显示摄像 装置a36、摄像装置b37传来的图像；无线接收装置39分别与执行电机16、水泵动力输入装 置32、干粉瓶33上的阀门、驱动器10和摄像装置a36、摄像装置b37连接；每个摄像装置由 红外线摄像头、冷光源高效照明灯、小型强力风扇构成，具有驱雾、透视照明之功能，可实现 火场侦察。摄像装置a36安装在支承底盘7前端下部用于观察道路情况，另一个摄像装置 b37安装在支承底盘7后顶部，并由可升降装置控制，用于观察现场情况；当需要观察火场 及周边情况时，首先按下无线控制器38上按钮，无线接收装置39会自动开启相应的摄像装置a36、摄像装置b37并对其进行角度及焦距控制，而摄像装置a36、摄像装置b37将所拍的 画面会通过图像传输装置40传给显示屏41。本实用新型自动爬楼消防机器人具体实施过程如下。首先开启自动爬楼消防机器人1的电源开关，使履带式自动行走底盘2上的蓄电 池组6给自动爬楼消防机器人1供电，然后按下无线控制器38上的相应按钮，无线接收装 置39收到信号后将相关命令传给履带驱动系统8上的驱动器10，根据命令需要驱动器10 开启自身电机并将其产生的动力通过减速器11后分别传至左右履带驱动轮12上，并通过 左右履带驱动轮12上的外齿驱动左右履带15以相应的速度前进或后退，而左右履带15是 绕着由左右履带驱动轮12、左右压轮14和左右连杆13所组成的外轨迹线前后运动的，从而 使左右履带15克服地面摩擦力带动自动爬楼消防机器人1前进或后退；而自动爬楼消防机 器人1行走的速度是由驱动器10内的两个驱动电机的运转速度来决定的，当其运转速度有 差异时即会使自动爬楼消防机器人1转向，如果速度相同而运转方向相反时，自动爬楼消 防机器人1即会绕着自身中心原地转向；当需要上下楼梯时，按下无线控制器38上用于控 制稳定及防倾翻机构9的相应按钮，无线接收装置39收到信号后自动驱动稳定及防倾翻机 构9上的执行电机16并使支撑体17绕着转轴19旋转，进而带动滑动支撑体18放下与地 面接触，并可随自动爬楼消防机器人1 一起滑行，当出现意外情况时支撑体17通过可转动 的滑动支撑体18与地面完全接触，从而防止自动爬楼消防机器人1发生倾翻。当到达指定位置后需要进行灭火工作时，按下无线控制器38上相应的控制按钮， 无线接收装置39会根据接收到的指令开启水泵动力输入装置32从而驱动消防水泵27，并 将水吸入消防水泵27内，同时在消防水泵27的出口产生压力水，并经第一水泵出水管30 至第一喷射装置四的第一喷射口 28喷出；经第二水泵出水管31至第二喷射装置43的第 二喷射口 42喷出；其中经由第一水泵出水管道30的压力水一部分通过引射管道沈进入泡 沫比例混合器23并流至水泵进水管道25，在此过程中由于会产生负压，从而将泡沫液从泡 沫罐20经泡沫进液管道21吸入泡沫比例混合器23，最终在水泵进水管道25内混合。当遇到自动爬楼消防机器人1被火焰包围的紧急情况时，按下无线控制器38上的 紧急喷射自保装置4的控制按钮，无线接收装置39收到信号后会自动开启干粉瓶33上的 阀门，干粉瓶33内的超细干粉在压缩气体的压力驱使下，将超细干粉(或干粉包)经管路34 由干粉喷射装置35喷出，从而使自动爬楼消防机器人1 (即履带式自动行走底盘2的周围) 周围的火焰快速熄灭，为自动爬楼消防机器人1的脱困赢得宝贵的时间。当需要观察火场及周边情况时，可启动控制及图像传输系统5，首先按下无线控制 器38上相应按钮，无线接收装置39会自动开启相应的摄像装置a36、摄像装置b37并对其 进行角度及焦距控制，而摄像装置a36、摄像装置b37将所拍的画面会通过图像传输装置40 传给显示屏41。根据经验及实验所知，以下相关参数显示获得了很好的实施效果消防水泵的出口压力为8_10pa消防水泵的流量为16 — 20升/秒机器人的行走速度为5 — 7km/h机器人的爬坡度为术35°。
权利要求1.一种自动爬楼消防机器人，其特征在于，包括履带式自动行走底盘(2)，履带式自动 行走底盘(2)上分别设置有消防灭火系统(3)、紧急喷射自保装置(4)、控制及图像传输系 统(5)；所述的履带式自动行走底盘(2)包括蓄电池组(6)、支承底盘(7)、履带驱动系统(8)、 稳定及防倾翻机构(9)，所述的蓄电池组(6)安装于支承底盘(7)上，所述履带驱动系统(8) 包括驱动器(10)、减速器(11)、左右履带驱动轮(12)、左右连杆(13)、左右压轮(14)、左右 履带(15)，所述的驱动器(10)、减速器(11)、左右压轮(14)均固定安装在支承底盘(7)上， 驱动器(10)与减速器(11)相连，该减速器(11)与左右履带驱动轮(12)相连，左右履带驱 动轮(12)上的外齿驱动左右履带(1 ，该左右压轮(14)通过左右连杆(13)与左右履带驱 动轮(12)相连，从而使左右履带(15)张紧安装；所述的稳定及防倾翻机构(9)是一个可升 降装置，包括带减速器的执行电机(16)、支撑体(17)、转轴(19)和能够转动的滑动支撑体 (18)，所述的执行电机(16)其上下两端分别与支承底盘(7)和支撑体(17)铰接，所述的支 撑体(17)上端通过转轴(19)与支承底盘(7)铰接安装，支撑体(17)的下端铰接于滑动支 撑体(18)上，滑动支撑体(18)与地面滑动接触，并可随履带式自动行走底盘(2)同步行走;所述的消防灭火系统(3)包括泡沫罐(20)、泡沫进液管道(21)、水罐(22)、泡沫比例混 合器(23)、泡沫混合管道(24)、水泵进水管道(25)、引射管道(26)、消防水泵(27)、第一喷 射口(28)、第一喷射装置(29)、第一水泵出水管道(30)、第二水泵出水管道(31)、水泵动力 输入装置(32)、第二喷射口(42)、第二喷射装置(43)，所述的泡沫罐(20)、水罐(22)及水泵 动力输入装置(32)均安装于支承底盘(7)上，泡沫罐(20)通过泡沫进液管道(21)与泡沫比 例混合器(23)连接，该泡沫比例混合器(23)通过泡沫混合管道(24)、水泵进水管道(25)连 接有消防水泵(27)，该泡沫比例混合器(23)还通过引射管道(26)、第一水泵出水管道(30) 分别与消防水泵(27)、第一喷射装置(29)连接，第一喷射装置(29)与第一喷射口(28)相 通，消防水泵(27)与第二喷射装置(43)通过第二水泵出水管道(31)连接；第二喷射装置 (43)与第二喷射口(42)相通，水泵动力输入装置(32)与消防水泵(27)相连。
2.根据权利要求1所述的自动爬楼消防机器人，其特征在于，所述的紧急喷射自保装 置(4)包括自带气压的干粉瓶(33)、管路(34)和干粉喷射装置(35)，干粉瓶(33)固定安装 于支撑底盘(7 )上，并通过管路(34 )与干粉喷射装置(35 )相连，干粉喷射装置(35 )安装在 喷射装置(29)的上部。
3.根据权利要求1所述的自动爬楼消防机器人，其特征在于，所述的控制及图像传输 系统(5)包括无线控制器(38)、无线接收装置(39)、图像传输装置(40)、显示屏(41)、摄像 装置a (36)、摄像装置b (37);所述的显示屏(41)共有两个，安装在无线控制器(38)的顶 盖上；无线接收装置(39)分别与执行电机(16)、水泵动力输入装置(32)、干粉瓶(33)上的 阀门、驱动器(10)、摄像装置a (36)、摄像装置b (37)连接；摄像装置a (36)安装在支承 底盘(7 )前端下部，摄像装置b (37 )安装在支承底盘(7 )后顶部。
专利摘要本实用新型公开了一种自动爬楼消防机器人，包括设置履带式自动行走底盘、消防灭火系统、紧急喷射自保装置、控制及图像传输系统，将消防灭火系统、紧急喷射自保装置、控制及图像传输系统安装在履带式自动行走底盘上面；履带式自动行走底盘包括蓄电池组、支承底盘、履带驱动系统、稳定及防倾翻机构，蓄电池组安装于支承底盘上；消防灭火系统包括泡沫罐、泡沫进液管道、水罐、泡沫比例混合器、泡沫混合管道、水泵进水管道、引射管道、消防水泵、喷射口、喷射装置、第一、二水泵出水管道、水泵动力输入装置。本实用新型采用的履带式自动行走底盘可以实现正常行走、后退、转向及原地转向的功能，并安全、顺利的上下普通建筑楼梯和地铁楼梯。
文档编号G08C17/02GK201840800SQ20102054801
公开日2011年5月25日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘典, 程尤佳 申请人:陕西银河消防科技装备有限公司