專利名稱：智能消防救援機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消防救援裝置，尤其涉及一種智能消防救援機器人。
背景技術(shù)：
隨著社會的高速發(fā)展，工業(yè)已經(jīng)成為國家經(jīng)濟的基礎(chǔ)，密集的廠房、倉庫成為消防監(jiān)控重點，但由于人為疏忽或意外的發(fā)生，仍頻頻引發(fā)火災(zāi)，由于工廠易燃物品多且較為集中、化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，以至消防人員難以靠近、入內(nèi)滅火、搶救?，F(xiàn)有技術(shù)中盡管有用于消防的機器人，但普遍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，且智能化程度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于火場救援的多功能智能機器人，能夠在無人操作的狀態(tài)下，為火場內(nèi)人員提供安全保障等多種工作，例如可尋找火源、滅火，或者在人工控制下捕捉、記錄災(zāi)難現(xiàn)場的情況以及進行生命探測作業(yè)?？梢詤f(xié)助甚至代替消防人員進入火災(zāi)現(xiàn)場進行滅火作業(yè)，或在事故現(xiàn)場進行搜救工作。本發(fā)明一種智能消防救援機器人，包括帶有行進機構(gòu)的車體，以及與該車體鉸接的帶有動力機構(gòu)的機械臂，所述的車體頂面安裝有用于放置滅火器的固定架，所述的機械臂上設(shè)有溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳎龅能圀w上設(shè)有用于感應(yīng)障礙物的避障模塊，所述的行進機構(gòu)帶有驅(qū)動電機，所述的驅(qū)動電機、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、避障模塊以及機械臂的動力機構(gòu)均接入主控模塊，該主控模塊連接有用于無線通信的無線收發(fā)模塊。就機械臂本身而言可以采用現(xiàn)有技術(shù)，作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的機械臂包括依次轉(zhuǎn)動配合的第一臂、第二臂、機械轉(zhuǎn)頸和機械頭，所述的機械臂的動力機構(gòu)為分別用于驅(qū)動第一臂、第二臂、機械轉(zhuǎn)頸和機械頭轉(zhuǎn)動的第一臂驅(qū)動電機、第二臂驅(qū)動電機、機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機和機械頭驅(qū)動電機，其中所述的第一臂的底部與所述的車體鉸接，所述的溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅靼惭b在機械頭上。為便于控制和協(xié)調(diào)工作，所述的第一臂驅(qū)動電機、第二臂驅(qū)動電機、機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機和機械頭驅(qū)動電機均接入并受控于所述的主控模塊。本發(fā)明中除特殊說明以外，對電路元件或模塊的空間位置并沒有嚴(yán)格限制，只要實現(xiàn)電路上的導(dǎo)通即可。由于用電部件必須有供電的電源，而各個用電部件既可以采用一個總電源也可以分別設(shè)置電源，因此本發(fā)明盡管沒有特別強調(diào)電源的設(shè)置，但各個用電部件應(yīng)理解為已帶有符合其要求的供電電源。所述的行進機構(gòu)為車輪或履帶，可以按照現(xiàn)有技術(shù)安裝在車體的兩側(cè)，為了便于控制，車輪或履帶的運行是通過所述的驅(qū)動電機來帶動的，一般可以采用能正、反轉(zhuǎn)的直流電機。作為優(yōu)選，所述的行進機構(gòu)為分別安裝在車體兩側(cè)的履帶，所述的履帶前端與后端分別通過輪轂支撐，前端的輪轂和后端的輪轂中至少有一者為主動輪轂，受所述的驅(qū)動電機帶動。采用履帶不僅運行平穩(wěn)，而且便于控制，且場地適應(yīng)性強。作為優(yōu)選，所述的驅(qū)動電機為固定在車體底部的可正、反轉(zhuǎn)的直流電機，直流電機輸出軸與前端的輪轂聯(lián)動。由于履帶為分別安裝在車體兩側(cè)的兩條，且為對稱結(jié)構(gòu)，因此實際上有兩臺直流電機，分別帶動兩個前端的輪轂。所述的車體底部安裝有軸，所述的后端的輪轂通過軸承安裝在所述的軸上。所述的避障模塊可以利用現(xiàn)有的超聲波或紅外線感應(yīng)裝置，帶有感應(yīng)探頭，可以感應(yīng)到行進方向上是否有障礙物，當(dāng)出現(xiàn)障礙物時，向所述的主控模塊發(fā)送信號，通過控制驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，來調(diào)整機器人的行進路線和方向。作為優(yōu)選，所述的避障模塊的感應(yīng)探頭為若干個，分布在所述的車體周圍。例如有八個，在車體的正前方，正后方、左右兩側(cè)各為兩個，可以全方位的感應(yīng)障礙物。主控模塊通過火焰?zhèn)鞲衅髋c溫度傳感器獲取火源位置后，通過控制驅(qū)動電機使所述的智能消防救援機器人靠近火源，行進中通過避障模塊的信號躲避障礙物。所述的用于放置滅火器的固定架為兩個，沿車體長度方向布置。作為優(yōu)選，為了精確控制機械頭的運動，所述的機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機和機械頭驅(qū)動電機采用步進電機，且機械轉(zhuǎn)頸的轉(zhuǎn)動軸線和機械頭的轉(zhuǎn)動軸線相互垂直，這樣可以保證機械頭在三維空間內(nèi)的任意擺動。所述的第一臂驅(qū)動電機、第二臂驅(qū)動電機既可以采用步進電機，也可以采用一般的直流電機。作為優(yōu)選，所述的車體頂面固定有帶第一扁孔的第一連接件，所述的第一臂驅(qū)動電機固定在第一臂中，第一臂驅(qū)動電機的輸出軸伸入所述的第一扁孔且在圓周向上受第一扁孔內(nèi)緣的限定，這樣在第一臂驅(qū)動電機的輸出軸轉(zhuǎn)動時，由于輸出軸受限于第一扁孔內(nèi)緣無法相對于第一連接件轉(zhuǎn)動，使第一臂繞第一連接件轉(zhuǎn)動。所述的第一臂驅(qū)動電機的輸出軸與所述的第一連接件之間還可以通過齒輪嚙合等形式相配合，但采用輸出軸直接伸入第一扁孔不僅結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便而且便于維護。第一臂和第二臂之間，以及機械轉(zhuǎn)頸和第二臂之間均采用類似的連接方式，而所述的扁孔是為了限定驅(qū)動電機的輸出軸，輸出軸的外輪廓形狀也帶有圓周向的阻擋部位， 即非圓柱形，扁孔以及輸出軸的截面可以是矩形、六邊形、條形等。所述的第一臂的頂端設(shè)有帶第二扁孔的第二連接件，所述的第二臂驅(qū)動電機固定在第二臂中，第二臂驅(qū)動電機的輸出軸伸入所述的第二扁孔且在圓周向上受第二扁孔內(nèi)緣的限定，這樣在第二臂驅(qū)動電機的輸出軸轉(zhuǎn)動時，由于輸出軸受限于第二扁孔內(nèi)緣無法相對于第二連接件轉(zhuǎn)動，使第二臂繞第二連接件轉(zhuǎn)動。作為優(yōu)選，所述的第二連接件為垂直于第一臂設(shè)置的短臂，即帶有第二連接件的第一臂整體上呈“L”形。所述的第二臂的頂端設(shè)有帶第三扁孔的第三連接件，所述的機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機固定在機械轉(zhuǎn)頸上，機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機的輸出軸伸入所述的第三扁孔且在圓周向上受第三扁孔內(nèi)緣的限定，這樣在機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機的輸出軸轉(zhuǎn)動時，由于輸出軸受限于第三扁孔內(nèi)緣無法相對于第三連接件轉(zhuǎn)動，使機械轉(zhuǎn)頸繞第三連接件轉(zhuǎn)動。作為優(yōu)選，所述的第三連接件為垂直于第二臂設(shè)置的短臂，即帶有第三連接件的第二臂整體上呈“L”形。
所述的機械轉(zhuǎn)頸作為一個過渡部件，是為了增加一個活動關(guān)節(jié)，因此對其形狀沒有嚴(yán)格限制，一般達到必要的機械強度即可。所述的機械頭底部安裝在所述的機械頭驅(qū)動電機的輸出軸上，且所述的機械頭驅(qū)動電機固定在機械轉(zhuǎn)頸上。機械頭驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動時，帶動機械頭相對于機械轉(zhuǎn)頸轉(zhuǎn)動。作為優(yōu)選，所述的機械頭的形狀為底部相連、頂部分離的相互抱攏的兩個彎臂狀， 兩個彎臂的中部帶有進一步收攏的束緊部位，便于安裝攝像頭、滅火器噴頭或生命探測儀探頭等外圍設(shè)備。作為優(yōu)選，所述的火焰?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅骶袃蓚€，分別安裝在兩個彎臂上，成對的傳感器相互協(xié)同更利于尋找熱源或火災(zāi)事故點。本發(fā)明智能消防救援機器人不僅可以進行滅火作業(yè)，當(dāng)需要記錄并觀察火災(zāi)現(xiàn)場情況以及救援過程時，機器人的機械頭上搭載攝像頭并將機器人由自動模式轉(zhuǎn)接成人工控制模式，通過無線收發(fā)模塊進行人工控制以及數(shù)據(jù)傳輸即可，當(dāng)要進行人員搜救時，機器人搭載生命探測儀，探測儀的探頭由機械頭攜帶即可，用簡單的結(jié)構(gòu)、較小的體積、較低的能耗實現(xiàn)了解決危險工作的復(fù)雜功能。本發(fā)明智能消防救援機器人結(jié)構(gòu)簡單、功率小、易拆卸、易安裝，通過性強，不使用時機械臂可以折疊使得占用空間小，便于攜帶，用較少的成本，較多的功能滿足火災(zāi)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境的要求。


圖1為本發(fā)明智能消防救援機器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中智能消防救援機器人的左視圖3為本發(fā)明智能消防救援機器人中車體的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為圖3中車體的左視圖5為第一臂的結(jié)構(gòu)示意圖6為第二臂的結(jié)構(gòu)示意圖7為機械轉(zhuǎn)頸的結(jié)構(gòu)示意圖8為機械頭的結(jié)構(gòu)示意圖9為圖8中機械頭的側(cè)視圖10為本發(fā)明智能消防救援機器人的電路結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式參見附圖，本發(fā)明一種智能消防救援機器人，包括帶有行進機構(gòu)的車體1，以及與車體1鉸接的帶有動力機構(gòu)的機械臂2，車體1頂面安裝有用于放置滅火器的固定架，固定架為兩個，分別為固定架8a和固定架8b，沿車體1長度方向布置。行進機構(gòu)為分別安裝在車體1兩側(cè)的履帶3，履帶3前端與后端分別通過輪轂支撐，前端的輪轂4為主動輪轂，驅(qū)動電機5為可正、反轉(zhuǎn)的直流電機固定在車體1底部，驅(qū)動電機5輸出軸與前端的輪轂4聯(lián)動。由于履帶為分別安裝在車體兩側(cè)的兩條，且為對稱結(jié)構(gòu)，因此實際上有兩臺驅(qū)動電機，分別帶動兩個前端的輪轂。車體底部安裝有軸，后端的輪轂通過軸承安裝在軸上。
車體1帶有避障模塊，采用超聲波感應(yīng)裝置，帶有感應(yīng)探頭7，可以感應(yīng)到行進方向上是否有障礙物，感應(yīng)探頭7有八個，在車體1的正前方，正后方、左側(cè)、右側(cè)各為兩個，可以全方位的感應(yīng)障礙物。圖中僅示意性的表示了車體1的正前方的兩個，另外感應(yīng)探頭還可以根據(jù)車體尺寸進行增減。機械臂2包括依次轉(zhuǎn)動配合的第一臂9、第二臂10、機械轉(zhuǎn)頸11和機械頭13。車體1帶有車板6，車板6頂面固定有帶第一扁孔(大致為矩形)的第一連接件 19，第一臂驅(qū)動電機固定在第一臂9中，第一臂驅(qū)動電機的輸出軸21 (圖中僅示意其位置， 并不說明其形狀)伸入第一扁孔且在圓周向上受第一扁孔內(nèi)緣的限定，這樣在第一臂驅(qū)動電機的輸出軸21轉(zhuǎn)動時，由于輸出軸21受限于第一扁孔內(nèi)緣無法相對于第一連接件19轉(zhuǎn)動，而使第一臂9繞第一連接件19轉(zhuǎn)動。第一臂9的頂端設(shè)有帶第二扁孔(大致為矩形)的第二連接件20，第二臂驅(qū)動電機固定在第二臂10中，第二臂驅(qū)動電機的輸出軸22(圖中僅示意其位置，并不說明其形狀)伸入第二扁孔且在圓周向上受第二扁孔內(nèi)緣的限定，這樣在第二臂驅(qū)動電機的輸出軸 22轉(zhuǎn)動時，由于輸出軸22受限于第二扁孔內(nèi)緣無法相對于第二連接件20轉(zhuǎn)動，而使第二臂 10繞第二連接件20轉(zhuǎn)動。第二臂10的頂端設(shè)有帶第三扁孔(大致為矩形)的第三連接件21，機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機12a固定在機械轉(zhuǎn)頸11上，機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機12a的輸出軸23 (圖中僅示意其位置， 并不說明其形狀)伸入第三扁孔且在圓周向上受第三扁孔內(nèi)緣的限定，這樣在輸出軸23轉(zhuǎn)動時，由于輸出軸23受限于第三扁孔內(nèi)緣無法相對于第三連接件21轉(zhuǎn)動，而使機械轉(zhuǎn)頸繞第三連接件21轉(zhuǎn)動。機械頭驅(qū)動電機12b固定在機械轉(zhuǎn)頸11上，機械頭13底部通過卡槽25安裝在機械頭驅(qū)動電機12b的輸出軸M上，輸出軸M轉(zhuǎn)動時，帶動機械頭13相對于機械轉(zhuǎn)頸11轉(zhuǎn)動。為了精確控制機械頭的運動，機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機1 和機械頭驅(qū)動電機12b采用步進電機，且機械轉(zhuǎn)頸11的轉(zhuǎn)動軸線和機械頭13的轉(zhuǎn)動軸線相互垂直，這樣可以保證機械頭在三維空間內(nèi)的任意擺動，第一臂驅(qū)動電機、第二臂驅(qū)動電機則采用可正、反轉(zhuǎn)的直流電機。機械頭13的形狀為底部相連、頂部分離的相互抱攏的兩個彎臂狀，兩個彎臂的中部帶有進一步收攏的束緊部位17，束緊部位17上部為第一容納空間16，下部為第二容納空間18，便于安裝攝像頭、滅火器噴頭或生命探測儀探頭等外圍設(shè)備。兩個彎臂均設(shè)有火焰?zhèn)鞲衅?4和溫度傳感器15，成對的傳感器相互協(xié)同更利于尋找熱源或火災(zāi)事故點。參見圖10，為便于自動控制設(shè)有主控模塊，行進機構(gòu)驅(qū)動電機、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒈苷夏K，以及機械臂中第一臂驅(qū)動電機、第二臂驅(qū)動電機、機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機和機械頭驅(qū)動電機均接入主控模塊，該主控模塊還連接有用于無線通信的無線收發(fā)模塊。本發(fā)明智能消防救援機器人使用時，通過溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅饔嬎慊鹪次恢眯畔⒉⒋_定火源方向，主控模塊控制行進機構(gòu)驅(qū)動電機前往火源地，行進過程中利用避障模塊感應(yīng)障礙物，通過主控模塊控制行進機構(gòu)驅(qū)動電機調(diào)整路線，躲避障礙物。溫度傳感器實時采集溫度數(shù)據(jù)，確保機器人處于安全溫度距離之外，到達火源地并停止在安全位置后，進行作業(yè)。機械頭可以非常方便的安裝滅火器噴頭、水槍頭、攝像頭以及生命探測儀的探頭， 進行功能拓展，這些外圍設(shè)備都可以通過電路接入主控模塊，進行自動控制作業(yè)，也可以通過各自的無線通信電路實現(xiàn)遠(yuǎn)程受控。例如當(dāng)需要記錄并觀察火災(zāi)現(xiàn)場情況以及救援過程時，機械頭上可搭載攝像頭并將機器人由自動模式轉(zhuǎn)接成人工控制模式，通過無線收發(fā)模塊進行人工控制以及數(shù)據(jù)傳輸即可，當(dāng)要進行人員搜救時，機器人搭載生命探測儀，探測儀的探頭由機械頭攜帶即可。本發(fā)明智能消防救援機器人用簡單的結(jié)構(gòu)、較小的體積、較低的能耗實現(xiàn)了解決危險工作的復(fù)雜功能。
權(quán)利要求
1.一種智能消防救援機器人，包括帶有行進機構(gòu)的車體，以及與該車體鉸接的帶有動力機構(gòu)的機械臂，其特征在于，所述的車體頂面安裝有用于放置滅火器的固定架，所述的機械臂上設(shè)有溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅?，所述的車體上設(shè)有用于感應(yīng)障礙物的避障模塊，所述的行進機構(gòu)帶有驅(qū)動電機，所述的驅(qū)動電機、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、避障模塊以及機械臂的動力機構(gòu)均接入主控模塊，該主控模塊連接有用于無線通信的無線收發(fā)模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的機械臂包括依次轉(zhuǎn)動配合的第一臂、第二臂、機械轉(zhuǎn)頸和機械頭，所述的機械臂的動力機構(gòu)為分別用于驅(qū)動第一臂、第二臂、機械轉(zhuǎn)頸和機械頭轉(zhuǎn)動的第一臂驅(qū)動電機、第二臂驅(qū)動電機、機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機和機械頭驅(qū)動電機，其中所述的第一臂的底部與所述的車體鉸接，所述的溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅靼惭b在機械頭上。
3.如權(quán)利要求2所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的行進機構(gòu)為分別安裝在車體兩側(cè)的履帶，所述的履帶前端與后端分別通過輪轂支撐，前端的輪轂和后端的輪轂中至少有一者為主動輪轂，受所述的驅(qū)動電機帶動。
4.如權(quán)利要求3所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的避障模塊為超聲波或紅外線感應(yīng)裝置，帶有感應(yīng)探頭。
5.如權(quán)利要求4所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的感應(yīng)探頭為若干個， 分布在所述的車體周圍。
6.如權(quán)利要求5所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的用于放置滅火器的固定架為兩個，沿車體長度方向布置。
7.如權(quán)利要求6所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機和機械頭驅(qū)動電機采用步進電機，且機械轉(zhuǎn)頸的轉(zhuǎn)動軸線和機械頭的轉(zhuǎn)動軸線相互垂直。
8.如權(quán)利要求7所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的車體頂面固定有帶第一扁孔的第一連接件，所述的第一臂驅(qū)動電機固定在第一臂中，第一臂驅(qū)動電機的輸出軸伸入所述的第一扁孔且在圓周向上受第一扁孔內(nèi)緣的限定；所述的第一臂的頂端設(shè)有帶第二扁孔的第二連接件，所述的第二臂驅(qū)動電機固定在第二臂中，第二臂驅(qū)動電機的輸出軸伸入所述的第二扁孔且在圓周向上受第二扁孔內(nèi)緣的限定；所述的第二臂的頂端設(shè)有帶第三扁孔的第三連接件，所述的機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機固定在機械轉(zhuǎn)頸上，機械轉(zhuǎn)頸驅(qū)動電機的輸出軸伸入所述的第三扁孔且在圓周向上受第三扁孔內(nèi)緣的限定；所述的機械頭底部安裝在所述的機械頭驅(qū)動電機的輸出軸上，且所述的機械頭驅(qū)動電機固定在機械轉(zhuǎn)頸上。
9.如權(quán)利要求8所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的機械頭的形狀為底部相連、頂部分離的相互抱攏的兩個彎臂狀，兩個彎臂的中部帶有進一步收攏的束緊部位。
10.如權(quán)利要求9所述的智能消防救援機器人，其特征在于，所述的火焰?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅骶袃蓚€，分別安裝在通過兩個彎臂上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能消防救援機器人，包括帶有行進機構(gòu)的車體，以及與該車體鉸接的帶有動力機構(gòu)的機械臂，所述的車體頂面安裝有用于放置滅火器的固定架，所述的機械臂上設(shè)有溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅?，所述的車體上設(shè)有用于感應(yīng)障礙物的避障模塊，所述的行進機構(gòu)帶有驅(qū)動電機，所述的驅(qū)動電機、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、避障模塊以及機械臂的動力機構(gòu)均接入主控模塊，該主控模塊連接有用于無線通信的無線收發(fā)模塊。本發(fā)明智能消防救援機器人，能夠在無人操作的狀態(tài)下，為火場內(nèi)人員提供安全保障等多種工作，可以協(xié)助甚至代替消防人員進入火災(zāi)現(xiàn)場進行滅火作業(yè)，或在事故現(xiàn)場進行搜救工作。
文檔編號B25J5/00GK102513987SQ20111044128
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者曹中建, 羅琦, 趙德志, 陳金敏, 顧偉明 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江金剛汽車有限公司