多功能消防救援机器人的制作方法

本实用新型涉及消防救援机械领域，涉及一种消防救援机器人，具体涉及一种能够胜任消防灭火、火场探测、救援烟雾中被困人员的多功能消防救援机器人。

背景技术：

在一些危险场所的消防事故中，由机器人代替消防人员进入事故现场可以大幅度减小广大消防官兵的伤亡率。在一些火灾场所，烟雾会降低火场的能见度。另外，火场的烟雾含有微型固体颗粒物、二氧化碳、一氧化碳等有毒气体，在一些密闭场所的火场，氧气被火场可燃物的燃烧消耗了，空气中氧气浓度很低，二氧化碳含量很高。除了缺氧可能造成窒息外，由于人体呼吸原理是氧气。二氧化碳的自由扩散，空气中过高的二氧化碳浓度会造成积聚在血液中的二氧化碳无法排出体外，造成人体二氧化碳中毒，因此及时地给火场中受困人员提供二氧化碳浓度低、氧气浓度高的清洁空气是十分有必要的。一般火场中的能见度较低，在居民楼火灾中，往往火苗不大但是烟雾很大。造成火场中能见度很低，影响了消防救援对被困人员的搜救工作。烟雾中的各种有毒气体也会对消防人员的生命健康造成威胁。火场温度很高，而一般的电子元器件是不耐高温的，因此如何给消防救援机器人降温是目前的一个难题。

中国专利201510010443.3公开了一种消防救援机器人，由复合履带、机械手、机体及操纵控制台、信息采集器组、升降装置、步进电机、灭火救援装置等组成，可实现进入危险地带进行消防救援。但是其不具备车身冷却功能，也不能在烟雾弥漫的火场寻找探测被困人员、探测火场温度情况。中国专利201610897734.3公开了一种消防灭火机器人的降温冷却装置采用在车体上增加一个储水箱、水泵、喷头的方式，实现车体外喷水降温的效果。其储水箱笨重且占用空间大，压缩了其他元器件的布置空间，水泵会消耗蓄电池的电量，降低了消防救援机器人的性能和续航。

中国专利201520620210.0公开了一种基于心跳特征匹配的智能生命雷达探测仪，可以穿透遮挡介质的来识别生命体的心跳信号特征，利用生命信号智能分析和识别模块，实现探测生命体的具体距离和方位的功能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种多功能消防救援机器人，其主体结构包括车身壳体、驱动装置、水炮装置、车身冷却装置、呼吸器装置、生命探测装置、环境监测装置、机械手装置、探照灯、前示位灯、后示位灯、驱动控制器、水炮控制器、冷却控制器、呼吸器控制器、机械手控制器、探照灯控制器、前示位灯控制器、后示位灯控制器、车身无线收发装置、电池和进水管；进水管与水炮装置连接；驱动装置与驱动控制器连接，水炮装置与水炮控制器连接，车身冷却装置与冷却控制器连接，呼吸器装置与呼吸器控制器连接，机械手装置与机械手控制器连接，探照灯与探照灯控制器连接，前示位灯与前示位灯控制器连接，后示位灯与后示位灯控制器连接；车身无线收发装置分别与驱动控制器、水炮控制器、冷却控制器、呼吸器控制器、机械手控制器、探照灯控制器、前示位灯控制器、后示位灯控制器、生命探测装置、环境监测装置连接；电池分别与车身无线收发装置、驱动控制器、水炮控制器、冷却控制器、呼吸器控制器、机械手控制器、探照灯控制器、前示位灯控制器、后示位灯控制器、生命探测装置、环境监测装置连接。

本实用新型涉及的多功能消防救援机器人还配备了遥控控制端、遥控端电源、遥控端无线收发装置，遥控控制端、遥控端无线收发装置分别与遥控端电源连接，遥控控制端与遥控端无线收发装置。

车身冷却装置包括内冷却水管、冷却开关、外喷水管、车身内温度传感器和蘑菇喷头；内冷却水管与进水管连接，内冷却水管均匀分布安装在车身壳体的内壁，车身内温度传感器设在车身壳体的内壁，车身内温度传感器与冷却控制器连接，冷却开关设在内冷却水管上，车身内温度传感器、冷却开关分别与冷却控制器连接，内冷却水管的一端与进水管连接，内冷却水管的另一端与外喷水管的一端连接，外喷水管的另一端与蘑菇喷头连接；冷却开关是电磁阀。

蘑菇喷头设于车身壳体的上方，蘑菇喷头的喷水方向是水平向四周喷水。

驱动装置包括左驱动电机、右驱动电机、左减速器、右减速器、左驱动轮、右驱动轮，左履带、右履带，左驱动电机通过左减速器与左驱动轮连接，左驱动轮与左履带之间是传动连接，左驱动电机与左减速器的主动端传动连接，左减速器的被动端与左履带传动连接；右驱动电机通过右减速器与右驱动轮连接，右驱动轮与右履带之间是传动连接，右驱动电机与右减速器的主动端传动连接，右减速器的被动端与右履带传动连接；左驱动电机、右驱动电机分别与驱动控制器连接；左履带、右履带分别位于车身壳体相对的两侧，右履带位于车身壳体的右侧，左驱动电机、右驱动电机正转时车身壳体运动的方向是车身壳体的前侧。左减速器和右减速器均是蜗轮蜗杆减速器，其型号为NMRV50。

水炮装置包括水平旋转水管、水平驱动电机、上下摆动水管、上下驱动电机、水炮喷头和水炮喷头调节电机；进水管与水平旋转水管的一端连接，水平旋转水管的另一端与上下摆动水管的一端转动连接，上下摆动水管的另一端与水炮喷头连接；水平驱动电机与水平旋转水管传动连接，上下驱动电机与上下摆动水管传动连接，水炮喷头调节电机与水炮喷头传动连接；水平驱动电机、上下驱动电机、水炮喷头调节电机分别与水炮控制器连接。

呼吸器装置包括进气管，过滤网、活性炭、助力风机、出气管、制氧剂和呼吸罩，助力风机的两端分别连接进气管和出气管，过滤网设在进气管远离助力风机的一端，活性炭设在进气管内，制氧剂设在出气管内；出气管远离助力风机的一端与呼吸罩连接；助力风机与呼吸器控制器连接。制氧剂是过氧化钠。

前示位灯的数量是2个，分别安装在车身壳体前侧面的左右两端；后示位灯的数量是2个，分别安装在车身壳体后侧面的左右两端；前示位灯、前示位灯控制器、电池依次串联，后示位灯、后示位灯控制器、电池依次串联；前示位灯控制器、后示位灯控制器分别与车身无线收发装置连接；探照灯设在车身壳体的前侧，探照灯、探照灯控制器、电池依次串联，探照灯控制器与车身无线收发装置连接。

环境监测装置包括热成像摄像头、行车摄像头、水炮瞄准摄像头、云台、云台控制器和支撑杆；热成像摄像头安装在云台上，云台安装在支撑杆的顶端，支撑杆安装车身壳体上；热成像摄像头的位置高于水炮；行车摄像头安装在车身壳体前侧，水炮瞄准摄像头安装在上下摆动水管上，水炮瞄准摄像头的拍摄方向于水炮喷头的出水方向相同；云台与云台控制器连接；热成像摄像头、行车摄像头、水炮瞄准摄像头、云台控制器分别与电池连接；热成像摄像头、行车摄像头、水炮瞄准摄像头、云台控制器分别与车身无线收发装置连接。生命探测装置包括心跳探测仪，心跳探测仪与车身无线收发装置连接。心跳探测仪安装在热成像摄像头上方。

机械手装置包括底座、第一机械骨骼、第二机械骨骼、第一液压驱动杆、第二液压驱动杆、液压扩张剪切钳、底座旋转电机和端部旋转电机；底座旋转连接在车身壳体的上面，第一机械骨骼的一端与底座铰连接，第一机械骨骼的另一端与第二机械骨骼的一端铰连接，第二机械骨骼的另一端与液压扩张剪切钳旋转连接；第一液压驱动杆的两端分别与底座和第一机械骨骼铰连接，第二液压驱动杆的两端分别与第一机械骨骼和第二机械骨骼铰连接，底座旋转电机与底座驱动连接，端部旋转电机与液压扩张剪切钳驱动连接；机械手控制器分别与第一液压驱动杆、第二液压驱动杆、液压扩张剪切钳、底座旋转电机和端部旋转电机连接。呼吸罩设在机械手的自由端。

本实用新型涉及的多功能消防救援机器人设有语音装置，语音装置包括扬声器、传声器、语音传输芯片，扬声器、传声器分别与语音传输芯片连接，扬声器、语音传输芯片分别与电池连接，扬声器设在车身壳体的后端，传声器设在车身壳体的前端，语音传输芯片与车身无线收发装置连接。

本实用新型同现有技术相比：车身冷却装置使消防救援及机器人可以适应火场的高温环境，提高使用寿命，减小故障率，将消防用水和冷却用水相结合减小了车身体积，并且保证了消防救援机器人的持续冷却能力，利用消防水压实现冷却水循环，避免了另外设置冷却水泵所占用的电量、空间和负重，车身内部的冷却水被加热成温水后在蘑菇喷头喷出，水在空气中蒸发可以进一步吸收车身壳体外表面及周围空气的热量，分担减轻了内冷却管的工作量；呼吸器装置能够给被困者提供洁净的、富含氧气的空气，助力风机能够辅助被困人员进行吸气；过滤网能够过滤大颗粒杂质，活性炭能够吸附微型颗粒物和有害气体，将活性炭和制氧剂分离放置可以防止二次火灾的隐患；探照灯及前、后示位灯可以保证在低可见度条件下进行救援工作，探照灯用于黑夜里或浓烟中为摄像头提供光线，前后示位灯用于给遥控人员提示位置或者给受困人员提示车的位置；热成像摄像头可以监测火场各处温度，及时扑灭暗火，并辅助寻找被困人员；水炮瞄准摄像头可以保障水炮在遥控人员视线盲区时能够准确将水喷到目标位置；机械手装置可以破拆门窗、移开障碍物、为昏迷人员戴上呼吸罩；语音装置可以实现外部的救援人员与实时地与被困人员通话，还可以通过扩音器播放提示语吸引被困人员找到消防救援机器人。

附图说明

图1为本实用新型实施例涉及的多功能消防救援机器人外部结构示意图。

图2为本实用新型实施例涉及的水炮装置的结构示意图。

图3为本实用新型实施例涉及的呼吸器装置的结构原理示意图。

图4为本实用新型实施例涉及的机械手装置的外部结构示意图。

图5为本实用新型实施例涉及的机械手装置的结构原理示意图。

图6为本实用新型实施例涉及的驱动装置的结构原理示意图。

图7为本实用新型实施例涉及的冷却装置的结构原理示意图。

图8为本实用新型实施例遥控控制端各部件连接关系示意图。

图9为本实用新型实施例各部件连接关系示意图。

图10为本实用新型实施例语音装置内各部件的连接关系图。

图中11-车身壳体、12-车身无线收发装置、13-电池、14-进水管、21-冷却控制器、22-内冷却水管、23-冷却开关、24-外喷水管、25-车身内温度传感器、26-蘑菇喷头、31-左驱动电机、32-右驱动电机、33-左减速器、34-右减速器、35-左驱动轮、36-右驱动轮，37-左履带、38-右履带、39-驱动控制器、40-水炮装置、41-水平旋转水管、42-水平驱动电机、43-上下摆动水管、44-上下驱动电机、45-水炮喷头、46-水炮喷头调节电机、47-水炮控制器、51-进气管，52-过滤网、53-活性炭、54-助力风机、55-出气管、56-制氧剂、57-呼吸罩、58-呼吸器控制器、61-热成像摄像头、62-行车摄像头、63-水炮瞄准摄像头、64-云台、65-云台控制器、66-支撑杆、67-心跳探测仪、71-扬声器、72-传声器、73-语音传输芯片、80-机械手装置、81-底座、82-第一机械骨骼、83-第二机械骨骼、84-第一液压驱动杆、85-第二液压驱动杆、86-液压扩张剪切钳、87-底座旋转电机、88-端部旋转电机、89-机械手控制器、91-探照灯、92-前示位灯、93-后示位灯、91-探照灯、92-前示位灯、93-后示位灯、94-探照灯控制器、95-前示位灯控制器、96-后示位灯控制器。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本实用新型作进一步描述。

实施例1：如图1、图2和图3所示，一种多功能消防救援机器人，其主体结构包括车身壳体11、车身冷却装置、驱动装置、水炮装置40、呼吸器装置、环境监测装置、生命探测装置、机械手装置80、探照灯91、前示位灯92、后示位灯93、冷却控制器21、驱动控制器39、水炮控制器47、呼吸器控制器58、机械手控制器89、探照灯控制器94、前示位灯控制器95、后示位灯控制器96、车身无线收发装置12、电池13和进水管14；进水管14与水炮装置40连接。

驱动装置与驱动控制器39连接，水炮装置40与水炮控制器47连接，车身冷却装置与冷却控制器21连接，呼吸器装置与呼吸器控制器58连接，机械手装置80与机械手控制器89连接，探照灯91与探照灯控制器94连接，前示位灯92与前示位灯控制器95连接，后示位灯93与后示位灯控制器96连接；车身无线收发装置12分别与驱动控制器39、水炮控制器47、冷却控制器21、呼吸器控制器58、机械手控制器89、探照灯控制器94、前示位灯控制器95、后示位灯控制器96、生命探测装置、环境监测装置连接；电池13分别与车身无线收发装置12、驱动控制器39、水炮控制器47、冷却控制器21、呼吸器控制器58、机械手控制器89、探照灯控制器94、前示位灯控制器95、后示位灯控制器96、生命探测装置、环境监测装置连接。

本实用新型涉及的多功能消防救援机器人还配备了遥控控制端、遥控端电源、遥控端无线收发装置，遥控控制端、遥控端无线收发装置分别与遥控端电源连接，遥控控制端与遥控端无线收发装置。

车身冷却装置包括内冷却水管22、冷却开关23、外喷水管24、车身内温度传感器25和蘑菇喷头26；内冷却水管22与进水管14连接，内冷却水管22均匀分布安装在车身壳体11的内壁，车身内温度传感器25设在车身壳体11的内壁，车身内温度传感器25与冷却控制器21连接，冷却开关23设在内冷却水管22上，车身内温度传感器25、冷却开关23分别与冷却控制器21连接，内冷却水管22的一端与进水管14连接，内冷却水管22的另一端与外喷水管24的一端连接，外喷水管24的另一端与蘑菇喷头26连接；冷却开关23是电磁阀。

蘑菇喷头26设于车身壳体11的上方，蘑菇喷头26的喷水方向是水平向四周喷水。

驱动装置包括左驱动电机31、右驱动电机32、左减速器33、右减速器34、左驱动轮35、右驱动轮36，左履带37、右履带38，左驱动电机31通过左减速器33与左驱动轮35连接，左驱动轮35与左履带37之间是传动连接，左驱动电机31与左减速器33的主动端传动连接，左减速器33的被动端与左履带37传动连接；右驱动电机32通过右减速器34与右驱动轮36连接，右驱动轮36与右履带38之间是传动连接，右驱动电机32与右减速器34的主动端传动连接，右减速器34的被动端与右履带38传动连接；左驱动电机31、右驱动电机32分别与驱动控制器39连接；左履带37、右履带38分别位于车身壳体11相对的两侧，右履带38位于车身壳体11的右侧，左驱动电机31、右驱动电机32正转时车身壳体11运动的方向是车身壳体11的前侧。

水炮装置40包括水平旋转水管41、水平驱动电机42、上下摆动水管43、上下驱动电机44、水炮喷头45和水炮喷头调节电机46；进水管14与水平旋转水管41的一端连接，水平旋转水管41的另一端与上下摆动水管43的一端转动连接，上下摆动水管43的另一端与水炮喷头45连接；水平驱动电机42与水平旋转水管41传动连接，上下驱动电机44与上下摆动水管43传动连接，水炮喷头调节电机46与水炮喷头45传动连接；水平驱动电机42、上下驱动电机44、水炮喷头调节电机46分别与水炮控制器47连接。

前示位灯92的数量是2个，分别安装在车身壳体11前侧面的左右两端；后示位灯93的数量是2个，分别安装在车身壳体11后侧面的左右两端；前示位灯92、前示位灯控制器95、电池13依次串联，后示位灯93、后示位灯控制器96、电池13依次串联；前示位灯控制器95、后示位灯控制器96分别与车身无线收发装置12连接；探照灯91设在车身壳体11的前侧，探照灯91、探照灯控制器94、电池13依次串联，探照灯控制器94与车身无线收发装置12连接。

环境监测装置包括热成像摄像头61、行车摄像头62、水炮瞄准摄像头63、云台64、云台控制器65和支撑杆66；热成像摄像头61安装在云台64上，云台64安装在支撑杆66的顶端，支撑杆66安装车身壳体11上；热成像摄像头61的位置高于水炮；行车摄像头62安装在车身壳体11前侧，水炮瞄准摄像头63安装在上下摆动水管43上，水炮瞄准摄像头63的拍摄方向于水炮喷头45的出水方向相同；云台64与云台控制器65连接；热成像摄像头61、行车摄像头62、水炮瞄准摄像头63、云台控制器65分别与电池13连接；热成像摄像头61、行车摄像头62、水炮瞄准摄像头63、云台控制器65分别与车身无线收发装置12连接。生命探测装置包括心跳探测仪67，心跳探测仪67与车身无线收发装置12连接。心跳探测仪67安装在热成像摄像头61上方。

机械手装置80包括底座81、第一机械骨骼82、第二机械骨骼83、第一液压驱动杆84、第二液压驱动杆85、液压扩张剪切钳86、底座旋转电机87和端部旋转电机88；底座81旋转连接在车身壳体11的上面，第一机械骨骼82的一端与底座81铰连接，第一机械骨骼82的另一端与第二机械骨骼83的一端铰连接，第二机械骨骼83的另一端与液压扩张剪切钳86旋转连接；第一液压驱动杆84的两端分别与底座81和第一机械骨骼82铰连接，第二液压驱动杆85的两端分别与第一机械骨骼82和第二机械骨骼83铰连接，底座旋转电机87与底座81驱动连接，端部旋转电机88与液压扩张剪切钳86驱动连接；机械手控制器89分别与第一液压驱动杆84、第二液压驱动杆85、液压扩张剪切钳86、底座旋转电机87和端部旋转电机88连接。呼吸罩57设在机械手的自由端。

本实用新型涉及的多功能消防救援机器人的运行原理和过程是：进水管14为水炮装置40和冷却装置提供用水；车身内温度传感器25感应到车身内部的温度，转换成电信号传给冷却控制器21，冷却控制器21判断车身内温度超过预设温度时，冷却控制器21控制冷却开关23开启，在进水管14水压的作用下，水流经内冷却水管22、外喷水管24，从蘑菇喷头26喷出。水流在内冷却水管22参与热交换，吸收车身内壁的热量，达到降低车身内温度的效果。当心跳探测仪探测到被困者方位时，行车摄像头62和热成像摄像头61协调帮助消防救援机器人到达受困者面前，语音装置、探照灯91和前后示位灯93也能帮助受困者自主找到消防救援机器人。机械手装置80的底座旋转电机87驱动着底座81在水平方向旋转，第一液压驱动杆84驱动着第一机械骨骼82以底座81为轴心上下摆动，第二液压驱动杆85驱动着第二机械骨骼83以第一机械骨骼82的末端为轴心上下摆动，端部旋转电机88驱动着液压扩张剪切钳86以第二机械骨骼83的轴向中心线为旋转轴旋转，液压扩张剪切钳86自带液压驱动，因此机械手控制器89可以控制机械手装置80作出剪切、扩张、移动障碍物的功能。当呼吸罩57被戴到受困者头上的时候，呼吸器控制器58给助力风机54通电，助力风机54空气从进气管51进入，经过净化后在呼吸罩57提供给受困者清洁含氧的空气。心跳探测仪67能够针对人体心跳的特殊振动频率进行探测，一旦捕捉到符合人体心跳的振动频率的信号，就会通过车身无线收发装置12、遥控端无线收发装置17发给遥控控制端。消防人员可以通过遥控控制端对多功能消防救援机器人进行控制。

实施例2：如图1所示，本实施例涉及的多功能消防救援机器人，其主体结构与实施例1相同，不同之处在于：本实用新型涉及的多功能消防救援机器人设有语音装置，语音装置包括扬声器71、传声器72、语音传输芯片73，扬声器71、传声器72分别与语音传输芯片73连接，扬声器71、语音传输芯片73分别与电池13连接，扬声器71设在车身壳体11的后端，传声器72设在车身壳体11的前端，语音传输芯片73与车身无线收发装置12连接。

实施例3：如图1所示，本实施例涉及的多功能消防救援机器人，其主体结构与实施例1相同，不同之处在于：呼吸器装置包括进气管51，过滤网52、活性炭53、助力风机54、出气管55、制氧剂56和呼吸罩57，助力风机54的两端分别连接进气管51和出气管55，过滤网52设在进气管51远离助力风机54的一端，活性炭53设在进气管51内，制氧剂56设在出气管55内；出气管55远离助力风机54的一端与呼吸罩连接；助力风机54与呼吸器控制器58连接。制氧剂56是过氧化钠。

实施例4：如图1所示，本实施例涉及的多功能消防救援机器人，其主体结构与实施例1相同，不同之处在于：车身无线收发装置12是科易连KYL-360D数传电台，水炮装置40是东栩科技ZDPS-DX20消防炮，液压扩张剪切钳86是Exploit220543扩剪钳，云台64是浙江大立T3G-972云台；左减速器33和右减速器34均是蜗轮蜗杆减速器，其型号为NMRV50。