專利名稱：隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種消防系統(tǒng)，尤其涉及一種隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)。
技術(shù)背景隧道包括鐵路隧道、公路隧道、地鐵隧道、水下隧道等。由于隧道內(nèi)部空間小，近似處 于密閉狀態(tài)，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧大、溫度高、蔓延快、疏散困難、撲救難度大、易造成 人員傷亡；同樣，當(dāng)發(fā)生有毒物質(zhì)泄漏或恐怖襲擊時(shí)，也會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。為此人們 研制了一些用于隧道滅火的設(shè)備，但這些設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)行的，并未能構(gòu)成一個(gè)有效的滅火 系統(tǒng)，對(duì)隧道火災(zāi)的發(fā)生不能進(jìn)行早期預(yù)警，也不能根據(jù)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)撲滅。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決目前隧道消防設(shè)備不能有效對(duì)火災(zāi)進(jìn)行防治、不能自動(dòng) 有效及時(shí)的進(jìn)行撲滅等問題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠安全有效的撲滅隧道 火災(zāi)等優(yōu)點(diǎn)的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案-一種隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，它包括安裝在隧道內(nèi)的消防供水管道及消防水閥， 以及安裝在軌道上的根據(jù)火災(zāi)情況自動(dòng)沿軌道近距離移動(dòng)到最接近著火點(diǎn)的至少一個(gè)消防機(jī) 器人；隧道內(nèi)還設(shè)有至少一個(gè)與消防機(jī)器人無線通信的分級(jí)控制器，它通過CAN總線與消防 控制主機(jī)連接；在隧道內(nèi)還設(shè)有連接在CAN總線上的火災(zāi)探測裝置，火災(zāi)探測裝置與分級(jí)控 制器連接；隧道內(nèi)還設(shè)有通過視頻線與消防控制主機(jī)相連的火災(zāi)圖像監(jiān)控裝置；消防控制主 機(jī)在火災(zāi)控制室內(nèi)，并通過CAN總線與消防聯(lián)動(dòng)裝置以及集中控制盤連接。所述火災(zāi)圖像監(jiān)控裝置包括現(xiàn)場監(jiān)控?cái)z像機(jī)和消防機(jī)器人出水口處攝像機(jī)，它們依次與 視頻分配器、矩陣切換器連接，矩陣切換器通過視頻線與消防控制主機(jī)連接；同時(shí)視頻分配 器還與硬盤錄像機(jī)連接，硬盤錄像機(jī)與監(jiān)視器連接；矩陣切換器則與監(jiān)控室大屏連接。所述火災(zāi)探測裝置包括按CAN總線分布連接的紅外火焰探測器、感煙探測器和手動(dòng)報(bào)警 控制器。所述消防聯(lián)動(dòng)裝置包括火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制器，火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制器分別與火警電話、聲光報(bào)警器 及其它聯(lián)動(dòng)設(shè)備。所述消防機(jī)器人包括消防機(jī)器人控制器，其輸入端分別與軌道位置傳感器、炮口彩色攝 像機(jī)、紅外定位傳感器、圖像定位傳感器、環(huán)境溫度傳感器、機(jī)器人內(nèi)部溫度傳感器、氣體 濃度傳感器、蓄電池備電檢測模塊連接，接收信號(hào)；其輸出端則與聲光報(bào)警器、水路對(duì)接電 機(jī)、水霧/水柱電機(jī)、水平定位伺服電機(jī)、豎直定位伺服電機(jī)、軌道伺服電機(jī)、蓄電池充電對(duì) 接電機(jī)連接，輸出控制信號(hào)；蓄電池為消防機(jī)器人供電，其輸入端與蓄電池充電對(duì)接電機(jī)連 接，輸出端則與蓄電池備電檢測模塊連接。所述消防機(jī)器人控制器包括中心處理器DSP是整個(gè)隧道消防機(jī)器人的控制核心；無線圖 像收發(fā)模塊，把彩色CCD攝像機(jī)的圖像回傳到火災(zāi)控制室；圖像采集模塊，釆集圖像定位傳 感器的圖像到隧道消防機(jī)器人控制器，控制器經(jīng)過圖像處理、分析確定火源；光隔輸入模塊， 采集相關(guān)的各種開關(guān)量信息；水平方向掃描伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、豎直方向掃描伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、軌道伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)隧道消防機(jī)器人水平方向掃描、豎直方向掃描和在軌道 上運(yùn)動(dòng)；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制隧道消防機(jī)器人的出水方式是水霧/水柱；蓄電池充電對(duì)接 驅(qū)動(dòng)模塊，通過蓄電池充電器為蓄電池進(jìn)行充電；水路對(duì)接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)隧道消防機(jī) 器人對(duì)接水路；小功率繼電器、功率MOSFET,驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警、LED等狀態(tài)顯示設(shè)備、無線通 信模塊，分級(jí)控制器通信，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)和控制主機(jī)的通信；A/D采樣模塊，采集環(huán)境溫度 傳感器、機(jī)器人內(nèi)部溫度傳感器、氣體濃度傳感器等信息。所述紅外定位傳感器包括水平方向上定位紅外傳感器和豎直上點(diǎn)定位紅外傳感器。所述圖像定位傳感器包括彩色圖像攝像機(jī)和紅外濾光片組成。所述蓄電池備電檢測模塊包括電壓、電流檢測傳感器及放大電路、A/D采樣模塊和單片機(jī)。.本實(shí)用新型針對(duì)隧道特點(diǎn)，給出了隧道消防系統(tǒng)整體解決方案，包括火災(zāi)探測、消防聯(lián) 動(dòng)、機(jī)器人滅火、電視監(jiān)控等所有部分，同時(shí)本實(shí)用新型完全實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)隧道滅火過程。 隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)能夠在隧道火災(zāi)發(fā)生的早期自動(dòng)監(jiān)測火災(zāi)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，自 動(dòng)定位火源，自動(dòng)對(duì)接水源，快速、準(zhǔn)確滅火；另外，也可通過遠(yuǎn)程控制其對(duì)有毒物質(zhì)進(jìn)行 大流量定點(diǎn)噴射稀釋，從而代替消防員完成急難險(xiǎn)重任務(wù)，提高隧道消防應(yīng)急能力，實(shí)現(xiàn)"隧 道消防自動(dòng)化"。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各類隧道的消防應(yīng)急，同時(shí)也可廣泛應(yīng)用于廠房、倉庫、 會(huì)館、賣場等大空間建筑防火。 本實(shí)用新型的有益效果是1、 提供了一種適合隧道消防用的應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)本項(xiàng)目充分考慮了隧道的特殊性，設(shè)計(jì)了一套應(yīng)用于隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)。本 系統(tǒng)相比噴淋和氣體滅火具有極大優(yōu)勢，可以有效提高隧道災(zāi)害的應(yīng)急能力，真正實(shí)現(xiàn)"隧 道消防自動(dòng)化"。2、 提供了一種適合隧道應(yīng)急智能機(jī)器人用的基于紅外光學(xué)和圖像處理的火災(zāi)定位技術(shù) 采用的多波段紅外光學(xué)火焰定位技術(shù)能較快速的大致定位火源點(diǎn)，有效避免日光、燈光、閃電、弧焊光等引起的誤報(bào)；而采用圖像定位技術(shù)，通過其在空間的三維搜索，自動(dòng)引導(dǎo)隧 道消防機(jī)器人精確地定位火源點(diǎn)。兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合能快速、精確地定位火源點(diǎn)，進(jìn)而確準(zhǔn)撲 滅著火點(diǎn)。3、 隧道消防和反恐應(yīng)急智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無纜、自動(dòng)取水隧道應(yīng)急智能機(jī)器人通過自帶蓄電池供電，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電，不需外接電源供電；采用 短距離無線通訊+長距離有線通訊，保證通訊可靠且不需通訊線纜；采用水路自動(dòng)對(duì)接，機(jī) 器人沿軌道到達(dá)報(bào)警區(qū)域后自動(dòng)對(duì)接水源，無需自帶水箱或拖水管。這樣，就保證了機(jī)器人 可以輕載、快速、靈巧運(yùn)動(dòng)。4、 隧道消防自動(dòng)化隧道消防及反恐應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了隧道火災(zāi)自動(dòng)探測、自動(dòng)定位、自動(dòng)供水、自 動(dòng)撲滅、消防聯(lián)動(dòng)。沿軌道盡量靠近危險(xiǎn)源，并能自動(dòng)對(duì)接水路。在水柱噴水方式下，隧道 消防應(yīng)急智能機(jī)器人控制器根據(jù)水壓、風(fēng)力等情況，根據(jù)流體力學(xué)的原理計(jì)算出機(jī)器人炮口 水柱的下落曲線，再加以校正，使水柱能準(zhǔn)確打到火源點(diǎn)，進(jìn)而快速、準(zhǔn)確滅火。5、 多機(jī)器人協(xié)調(diào)動(dòng)作一個(gè)系統(tǒng)會(huì)安裝幾個(gè)甚至幾十個(gè)幾百個(gè)隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人，當(dāng)一點(diǎn)著火時(shí)，幾個(gè)機(jī) 器人同時(shí)動(dòng)作，快速滅火。當(dāng)有幾個(gè)著火點(diǎn)時(shí)，幾個(gè)著火點(diǎn)附近的機(jī)器人根據(jù)報(bào)警區(qū)域的不 同沿軌道運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的火源附近，幾個(gè)火源先后被撲滅。沒火靈活、準(zhǔn)確、快速。6、 自我保護(hù)隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人可以感知外部環(huán)境的溫度，避免因?yàn)榛馂?zāi)而燒毀機(jī)器人，保護(hù)了 設(shè)備。


圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖2為消防機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成圖。其中，l.火災(zāi)探測裝置，11.紅外火焰探測器，12.感煙探測器，13.手動(dòng)報(bào)警控制器， 2.火災(zāi)圖像監(jiān)控裝置，21.現(xiàn)場監(jiān)控?cái)z像機(jī)，22.視頻分配器，23.矩陣切換器，24.監(jiān)視器, 25,硬盤錄像機(jī)，26.監(jiān)控室大屏，3.消防控制主機(jī)，4.分級(jí)控制器，5.消防機(jī)器人，51. 消防機(jī)器人控制器，52.軌道位置傳感器，53.炮口彩色攝像機(jī)，54.紅外定位傳感器，55.圖 像定位傳感器，56.無線通信模塊，57. LED顯示模塊，58.環(huán)境溫度傳感器，59.氣體濃度傳 感器，510.蓄電池備電檢測模塊，511.蓄電池充電對(duì)接電機(jī)，512.軌道伺服電機(jī)，513.豎 直定位伺服電機(jī)，514.水平定位伺服電機(jī)，515.水霧/水柱電機(jī)，516.水路對(duì)接電機(jī)，517. 聲光報(bào)警器，518.蓄電池，6.消防聯(lián)動(dòng)裝置，61.火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制器，62.火警電話，63.聲 光報(bào)警器，64.其它聯(lián)動(dòng)設(shè)備，7.集中控制盤連接。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。如圖1中所示，本實(shí)用新型包括在安裝在軌道上的可以根據(jù)火災(zāi)情況自動(dòng)沿軌道近距離 移動(dòng)到最接近著火點(diǎn)的至少一個(gè)消防機(jī)器人5，在隧道內(nèi)還設(shè)有至少一個(gè)可以與消防機(jī)器人5 無線通信的分級(jí)控制器4，分級(jí)控制器4通過CAN總線與消防控制主機(jī)3連接，分級(jí)控制器4 還通過CAN總線與火災(zāi)探測裝置1連接，消防控制主機(jī)3通過視頻線與火災(zāi)圖像監(jiān)控裝置2 連接，消防控制主機(jī)3在火災(zāi)控制室內(nèi)，并通過CAN總線與消防聯(lián)動(dòng)裝置6以及集中控制盤 7連接。在隧道內(nèi)還設(shè)有與消防機(jī)器人5相配合的消防管道及消防水閥?；馂?zāi)圖像監(jiān)控裝置2包括現(xiàn)場監(jiān)控?cái)z像機(jī)21,它依次與視頻分配器22、矩陣切換器23 連接，矩陣切換器23通過視頻總線與消防控制主機(jī)3連接；同時(shí)視頻分配器22還與硬盤錄 像機(jī)25連接，硬盤錄像機(jī)25與監(jiān)視器24連接；矩陣切換器23則與監(jiān)控室大屏26連接。圖 像監(jiān)控部分可以完成對(duì)現(xiàn)場的監(jiān)控功能，方便消防控制室的值班人員實(shí)時(shí)看到現(xiàn)場的圖像， 并在火災(zāi)發(fā)生時(shí)進(jìn)行錄像。火災(zāi)圖像監(jiān)控包括(1)安裝在隧道中的各種監(jiān)控用攝像機(jī)，(2) 安裝在隧道消防機(jī)器人出水口處的炮口攝像機(jī)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防控制主機(jī)自動(dòng)把圖像切 換至火災(zāi)區(qū)域的監(jiān)控?cái)z像機(jī)。當(dāng)打開相應(yīng)的隧道消防機(jī)器人監(jiān)控畫面時(shí)，消防控制主機(jī)自動(dòng) 切換到炮口圖像，以察看隧道消防機(jī)器人的滅火情況。火災(zāi)探測裝置1包括按CAN總線分布連接的紅外火焰探測器11、感煙探測器12和手動(dòng) 報(bào)警控制器13?；馂?zāi)探測裝置是系統(tǒng)的前端傳感器，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測火災(zāi)，在發(fā)生火災(zāi) 的第一時(shí)間內(nèi)把火災(zāi)信號(hào)傳送到消防控制主機(jī)和對(duì)應(yīng)的隧道消防機(jī)器人，進(jìn)而第一時(shí)間滅火， 并及時(shí)通知值班人員，其具體結(jié)構(gòu)如圖1中火災(zāi)探測部分所示?；馂?zāi)探測部分包括紅外火焰 探測器、紅外光束感煙探測器、手動(dòng)報(bào)警控制器三類，這三類探測器通過輸入模塊掛接在CAN 總線上，接入系統(tǒng)。其中，紅外火焰探測器可以在極短時(shí)間內(nèi)在一定的距離內(nèi)可靠地探測出 一定規(guī)模的火焰；紅外光束感煙探測器可以探測火災(zāi)發(fā)生時(shí)散發(fā)出的大量煙霧，手動(dòng)報(bào)警控 制器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人工手動(dòng)報(bào)警。另外，通過總線輸入模塊，可以接入點(diǎn)型感溫探測器、點(diǎn) 型感煙探測器等其他具有開關(guān)量輸出的常規(guī)火災(zāi)探測器。消防聯(lián)動(dòng)裝置6包括火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制器61，火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制器61分別與火警電話62、聲光 拫警器63和其它聯(lián)動(dòng)設(shè)備64連接。聯(lián)動(dòng)控制部分通過CAN總線和控制主機(jī)相連，接受來自 控制主機(jī)的控制信號(hào)，聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警、排煙、防火巻簾門、實(shí)時(shí)錄像、報(bào)警電話等消防設(shè)備。分級(jí)控制器固定安裝在隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人在軌道上靜止時(shí)的固定位置，分級(jí)控制 器可以接收來自火焰探測器的報(bào)警信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為總線上的報(bào)警信號(hào)，發(fā)送到CAN 總線上；分級(jí)控制器內(nèi)集成了視頻無線接收模塊，可以接收來自隧道消防機(jī)器人的炮口彩色 圖像信息，并把這些信心轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)發(fā)送到工控主機(jī)。工控主機(jī)安裝在消防控制室，是 整個(gè)系統(tǒng)的控制中心和監(jiān)控中心。接收來自CAN總線上的火災(zāi)探測器的報(bào)警信號(hào)，向整個(gè)系 統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，進(jìn)而聯(lián)動(dòng)整個(gè)報(bào)警機(jī)構(gòu)，同時(shí)把監(jiān)控畫面切換到火警區(qū)域。根據(jù)報(bào)警信號(hào)來自 不同的報(bào)警區(qū)域，協(xié)調(diào)多個(gè)隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人或驅(qū)動(dòng)某個(gè)隧道消防機(jī)器人準(zhǔn)確、快速 滅火。同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示和記錄，值班人員可以通過査看歷史記錄察看系 統(tǒng)的工作狀態(tài)及火警信息等內(nèi)容。如圖2中所示，消防機(jī)器人5包括消防機(jī)器人控制器51，其輸入端分別與軌道位置傳感 器52、炮口彩色攝像機(jī)53、紅外定位傳感器54、圖像定位傳感器55、環(huán)境溫度傳感器58、 氣體濃度傳感器59、蓄電池備電撿測模塊510連接，接收信號(hào)；其輸出端則與聲光報(bào)警器517、 水路對(duì)接電機(jī)516、水霧/水柱電機(jī)515、水平定位伺服電機(jī)514、豎直定位伺服電機(jī)513、軌 道桐服電機(jī)512、蓄電池充電對(duì)接電機(jī)511連接，輸出控制信號(hào)；消防機(jī)器人控制器51還與 無線通信模塊56、 LED顯示模塊57雙向通信；蓄電池518為消防機(jī)器人5供電，其輸入端與 蓄電池充電對(duì)接電機(jī)511連接，輸出端則與蓄電池備電檢測模塊510連接。隧道消防機(jī)器人是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隧道消防機(jī)器人由蓄電池供電，采用無線通信， 無需外接電纜。隧道消防機(jī)器人安裝在消防專用軌道上，無火時(shí)靜止在固定位置?；馂?zāi)發(fā)生 時(shí)，各類火災(zāi)探測器通過分級(jí)控制器發(fā)送警報(bào)給隧道消防機(jī)器人，隧道消防機(jī)器人在控制器 驅(qū)動(dòng)下沿消防軌道移動(dòng)到相應(yīng)的報(bào)警位置，對(duì)接消防管道取水后，開始精確定位火源，進(jìn)而 打開水閥噴水滅火。隧道消防機(jī)器人系統(tǒng)包括蓄電池、蓄電池備電監(jiān)測模塊、紅外定位傳感器、圖像定位傳 感器、水平定位伺服電機(jī)、豎直定位伺服電機(jī)、軌道運(yùn)動(dòng)伺服電機(jī)、水路對(duì)接伺服電機(jī)、充 電對(duì)接電機(jī)、水柱水霧切換電機(jī)、聲光報(bào)警、LED狀態(tài)顯示部分、無線通信模塊、軌道位置 信號(hào)反饋、監(jiān)控彩色攝像機(jī)、自身及環(huán)境溫度檢測模塊、隧道消防機(jī)器人控制器、多種氣體 濃度傳感器(CO、 C02、 NH4、 S02、 02等)以及對(duì)應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 ①、 隧道消防機(jī)器人的供電隧道消防機(jī)器人自帶的蓄電池為整個(gè)隧道消防機(jī)器人提供電源。當(dāng)隧道消防機(jī)器人靜止 在固定位置，蓄電池備電監(jiān)測模塊監(jiān)測到蓄電池的電量不足時(shí)，接通電源充電，當(dāng)電源充滿 時(shí)自動(dòng)斷電。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生，蓄電池為隧道消防機(jī)器人提供電源。如果蓄電池?fù)p害則更換電 池。蓄電池采用容量為12V20A/h普通鉛酸電池。普通的鉛酸電池使用壽命為3年，國外高質(zhì) 量鉛酸電池可以使用10年。蓄電池備電監(jiān)測模塊通過精密的電壓、電流采集傳感器來監(jiān)測蓄電池的供電，能夠保證 蓄電池持續(xù)、穩(wěn)定、安全地為隧道消防機(jī)器人供電。當(dāng)蓄電池電壓及溫度異常時(shí)，將發(fā)出報(bào) 警，隧道消防機(jī)器人控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)把警報(bào)信息傳送到火災(zāi)控制室；自動(dòng)計(jì)算剩余容量， 當(dāng)達(dá)容量不足時(shí)通知控制器，控制器接通電源，為蓄電池充電，當(dāng)監(jiān)測到蓄電池充滿電后通 知控制器，控制器斷電；記錄浮充期間及充放電期間的蓄電池電壓、電流等信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電 壓、電流異常時(shí)報(bào)警給控制器，控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)把警報(bào)信息傳送到火災(zāi)控制室；檢測蓄 電池的放電電流、電壓，對(duì)于異常工作狀況以及性能下降，及時(shí)報(bào)警給控制器，控制器通過 無線網(wǎng)絡(luò)把警報(bào)信息傳送到火災(zāi)控制室。蓄電池充電通過蓄電池充電器來完成。蓄電池充電器安裝在隧道消防機(jī)器人靜止固定位 置。當(dāng)蓄電池備電監(jiān)測模塊監(jiān)測到蓄電池的剩余電量不能滿足要求時(shí)，隧道消防機(jī)器人控制 器控制隧道消防機(jī)器人回到固定位置，通過蓄電池充電對(duì)接電機(jī)接通電源，通過蓄電池充電 器進(jìn)行充電。② 、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)軌道運(yùn)動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)隧道消防機(jī)器人在軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。水平定位伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)隧道 消防機(jī)器人在水平方向上回轉(zhuǎn)，豎直定位伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)隧道消防機(jī)器人在豎直方向上回轉(zhuǎn)。 水路對(duì)接電機(jī)驅(qū)動(dòng)隧道消防機(jī)器人對(duì)接水路。水柱水霧切換電機(jī)控制隧道消防機(jī)器人噴射狀 態(tài)切換。蓄電池充電對(duì)接電機(jī)接通電源，通過蓄電池充電器為蓄電池進(jìn)行充電。③ 、火源定位紅外定位傳感器和圖像定位傳感器是隧道消防機(jī)器人的火災(zāi)定位機(jī)構(gòu)。紅外定位傳感器 采用鉭酸鋰熱電傳感器作為火焰探測器敏感元件制作的高靈敏度傳感器，圖像定位傳感器是 特殊的CCD攝像機(jī)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，著火點(diǎn)的定位采用兩種傳感器結(jié)合的方式，先利用紅外定 位傳感器快速的大致定位著火點(diǎn)，再利用圖像傳感器精確定位著火點(diǎn)，兩種傳感器相結(jié)合， 定位迅速，定位精確。隧道消防機(jī)器人上加裝紅外火焰定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩級(jí)紅外火焰探測器、水平回轉(zhuǎn)和 垂直俯仰機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。當(dāng)火焰探測器探測到火災(zāi)發(fā)生時(shí)，隧道消防 機(jī)器人到達(dá)報(bào)警位置后，首先在一級(jí)紅外火焰探測器的引導(dǎo)下做水平面圓周掃描運(yùn)動(dòng)，當(dāng)炮 口在水平方向上對(duì)準(zhǔn)火焰時(shí)停止水平轉(zhuǎn)動(dòng)；此時(shí)隧道消防機(jī)器人在二級(jí)紅外火焰探測器的引 導(dǎo)下做垂直俯仰運(yùn)動(dòng)，當(dāng)炮口在垂直方向上也對(duì)準(zhǔn)火焰時(shí)停止垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了隧道 消防機(jī)器人自動(dòng)紅外火焰定位。隧道消防機(jī)器人上加裝圖像火焰定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由圖像火 焰定位器、水平回轉(zhuǎn)和垂直俯仰機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成，當(dāng)隧道消防機(jī)器人紅 外火焰定位過程完成后，可利用圖像火焰定位器在定位點(diǎn)附近進(jìn)行微調(diào)瞄準(zhǔn)，以提高精確度 和避免火焰紅外能量過大而導(dǎo)致隧道消防機(jī)器人瞄不準(zhǔn)現(xiàn)象的發(fā)生。微調(diào)瞄準(zhǔn)火焰后，噴水 滅火。
、通信隧道消防機(jī)器人控制器和控制主機(jī)之間需要傳輸控制信息和狀態(tài)信息，通過無線通信模 塊來實(shí)現(xiàn)。隧道消防機(jī)器人控制器通過無線通信模塊把信息發(fā)送到分級(jí)控制器，分級(jí)控制器 再通過CAN總線發(fā)送到控制主機(jī)；反之亦然。其通信過程如圖5所示。隧道消防機(jī)器人控制 器和分級(jí)控制器都安裝在隧道或地鐵內(nèi)，安裝的比較高，因此就不存在著無線通信需要注意 和避免的遮擋問題。隧道消防機(jī)器人的出水口上安裝了一個(gè)彩色CCD攝像機(jī)，需要把彩色CCD攝像機(jī)的圖像 回傳到火災(zāi)控制室，其過程如圖6所示。這部分功能通過無線圖像收發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。在隧道消 防機(jī)器人上安裝無線圖像發(fā)送模塊，把紅外CCD攝像機(jī)的圖像通過無線圖象發(fā)送模塊轉(zhuǎn)換為 某個(gè)波段的電磁波發(fā)送出去；在分級(jí)控制器里安裝了無線圖象接收模塊，無線圖象接收模塊 接收固定波段的電磁波，把這些電磁波轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，圖像信號(hào)通過視頻電纜回傳到中心 控制室，中心控制室通過視頻分頻器顯示出來。 現(xiàn)場報(bào)警當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器和LED燈在現(xiàn)場發(fā)出警報(bào)。 LED狀態(tài)顯示部分通過LED指示燈來表示隧道消防機(jī)器人的各種工作狀態(tài)。 ⑥、滅火軌道位置信號(hào)為隧道消防機(jī)器人在軌道上運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置提供信息。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，火 災(zāi)探測器報(bào)警，控制主機(jī)把報(bào)警信號(hào)下發(fā)給隧道消防機(jī)器人，隧道消防機(jī)器人沿軌道運(yùn)動(dòng)到 相應(yīng)的著火區(qū)域離火源最近的預(yù)訂位置后，開始通過水路對(duì)接電機(jī)對(duì)接出水口，之后定位火 源。定位火源成功，在主機(jī)通過聯(lián)動(dòng)控制器和控制模塊打開水泵、水閥的情況下，隧道消防 機(jī)器人控制器根據(jù)尋找火源時(shí)記錄的著火點(diǎn)的遠(yuǎn)近來選擇水柱還是水霧噴水方式。水霧噴水方式可以覆蓋90度角，覆蓋面大。在水柱噴水方式下，隧道消防機(jī)器人控制器根據(jù)水壓、風(fēng) 力等情況，根據(jù)流體力學(xué)的原理計(jì)算出隧道消防機(jī)器人出水口水柱的下落曲線，再加以校正， 使水柱能準(zhǔn)確打到火源點(diǎn)，進(jìn)而快速、準(zhǔn)確滅火。⑦ 、自身及環(huán)境溫度監(jiān)測及運(yùn)行警示隧道消防機(jī)器人通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測控制器溫度及外部環(huán)境溫度，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)， 向消防控制室報(bào)警并盡量自保。由于隧道消防機(jī)器人噴射水量較大，啟動(dòng)前應(yīng)有聲光警示， 提示行人躲避。⑧ 、有害氣體濃度監(jiān)測隧道消防機(jī)器人通過各種氣體濃度傳感器來監(jiān)測空氣中的氣體濃度，進(jìn)而來判斷是否發(fā)生 毒氣、生化發(fā)生器等恐怖襲擊，當(dāng)恐怖襲擊發(fā)生時(shí)，可以向控制室發(fā)出報(bào)警，同時(shí)把現(xiàn)場圖 像實(shí)時(shí)傳回消防控制室，消防員手動(dòng)遠(yuǎn)程控制隧道消防機(jī)器人，到達(dá)相應(yīng)地點(diǎn)并對(duì)污染源進(jìn) 行大流量定點(diǎn)噴射稀釋，有效控制污染源擴(kuò)散。 ◎、控制器隧道消防機(jī)器人控制器是整個(gè)隧道消防機(jī)器人的控制核心?？刂破魍ㄟ^無線通信模塊和分 級(jí)控制器通信，傳送各種控制信息和狀態(tài)信息，完成各種控制如下。a、 通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制水平伺服電機(jī)、豎直伺服電機(jī)、軌道伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)隧 道消防機(jī)器人水平方向掃描、豎直方向掃描和在軌道上運(yùn)動(dòng)。b、 通過帶有光電隔離的l/0量輸入模塊，可以采集相關(guān)的各種開關(guān)量信息。c、 通過圖像采集模塊采集圖像定位傳感器的圖像到隧道消防機(jī)器人控制器，控制器經(jīng)過 圖像處理、分析可以確定火源。d、 通過無線通信模塊和分級(jí)控制器通信，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)和控制主機(jī)的通信。e、 通過小功率繼電器、功率MOSFET等驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警、LED等狀態(tài)顯示設(shè)備。f、 通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制隧道消防機(jī)器人的出水方式是水霧/水柱。g、 通過驅(qū)動(dòng)水路對(duì)接電機(jī)驅(qū)動(dòng)隧道消防機(jī)器人對(duì)接水路。h、 通過驅(qū)動(dòng)蓄電池充電對(duì)接電機(jī)接通電源，通過蓄電池充電器為蓄電池進(jìn)行充電。i、 當(dāng)精確定位火源后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火過程。本實(shí)用新型系統(tǒng)現(xiàn)場布設(shè)時(shí)，火災(zāi)探測器由多波段紅外光學(xué)火焰探測器、紅外光束感煙 探測器和手動(dòng)報(bào)警控制器構(gòu)成。按照防火分區(qū)，火焰探測器、感煙探測器安裝于隧道側(cè)壁， 手動(dòng)報(bào)警控制器根據(jù)消防法規(guī)安裝于距地1. 3 ~ 1. 5m處。隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人自帶有控 制器和紅外、圖像引導(dǎo)定位機(jī)構(gòu)(用于引導(dǎo)其對(duì)準(zhǔn)火焰)，按照防火分區(qū)C100 200m)吊裝 于隧道預(yù)設(shè)的專用軌道(內(nèi)含消防管道)上。分級(jí)控制器與隧道消防機(jī)器人對(duì)應(yīng)安裝于隧道 側(cè)壁?；馂?zāi)監(jiān)控主機(jī)、集中手動(dòng)控制盤、火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制器位于消防控制室。消防供水系 統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場需要配置。本實(shí)用新型系統(tǒng)工作流程-當(dāng)火災(zāi)初發(fā)時(shí)，火災(zāi)探測器同時(shí)向火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)和通過分級(jí)控制器向隧道消防應(yīng)急智能 機(jī)器人報(bào)警，系統(tǒng)將火災(zāi)現(xiàn)場影像切換至消防控制室大屏，同時(shí)聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警、排煙、實(shí)時(shí) 錄像、119報(bào)警電話等。系統(tǒng)啟動(dòng)消防泵，火災(zāi)現(xiàn)場隧道消防機(jī)器人隧道消防機(jī)器人沿軌道 運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的著火區(qū)域離火源最近的預(yù)訂位置后，自動(dòng)對(duì)接水源，自動(dòng)定位并瞄準(zhǔn)火源，打 開閥門噴水(或其他滅火劑)調(diào)整滅火曲線準(zhǔn)確滅火，待火焰完全熄滅后，可自動(dòng)關(guān)閉閥門， 隧道消防機(jī)器人自動(dòng)復(fù)位。上述過程完全自動(dòng)，也可通過消防控制室集中手動(dòng)控制滅火。當(dāng)有化學(xué)或有毒物質(zhì)泄漏時(shí)，或發(fā)生毒氣、生化發(fā)生器等恐怖襲擊時(shí)，現(xiàn)場圖像實(shí)時(shí)傳 回消防控制室，消防員手動(dòng)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，到達(dá)相應(yīng)地點(diǎn)并對(duì)污染源進(jìn)行大流量定點(diǎn)噴射 稀釋，有效控制污染源擴(kuò)散。
權(quán)利要求1、一種隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是它包括安裝在隧道內(nèi)的消防供水管道及消防水閥，以及安裝在軌道上的根據(jù)火災(zāi)情況自動(dòng)沿軌道近距離移動(dòng)到最接近著火點(diǎn)的至少一個(gè)消防機(jī)器人；隧道內(nèi)還設(shè)有至少一個(gè)與消防機(jī)器人無線通信的分級(jí)控制器，它通過CAN總線與消防控制主機(jī)連接；在隧道內(nèi)還設(shè)有連接在CAN總線上的火災(zāi)探測裝置，火災(zāi)探測裝置與分級(jí)控制器連接；隧道內(nèi)還設(shè)有通過視頻線與消防控制主機(jī)相連的火災(zāi)圖像監(jiān)控裝置；消防控制主機(jī)在火災(zāi)控制室內(nèi)，并通過CAN總線與消防聯(lián)動(dòng)裝置以及集中控制盤連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述火災(zāi)圖像監(jiān)控 裝置包括現(xiàn)場監(jiān)控?cái)z像機(jī)和消防機(jī)器人出水口處攝像機(jī)，它們依次與視頻分配器、矩陣切換 器連接，矩陣切換器通過視頻線與消防控制主機(jī)連接；同時(shí)視頻分配器還與硬盤錄像機(jī)連接， 硬盤錄像機(jī)與監(jiān)視器連接；矩陣切換器則與監(jiān)控室大屏連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述火災(zāi)探測裝置 包括按CAN總線分布連接的紅外火焰探測器、感煙探測器和手動(dòng)報(bào)警控制器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述消防聯(lián)動(dòng)裝置 包括火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制器，火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制器分別與火警電話、聲光報(bào)警器及其它聯(lián)動(dòng)設(shè)備。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是所述消防機(jī)器人包 括消防機(jī)器人控制器，其輸入端分別與軌道位置傳感器、炮口彩色攝像機(jī)、紅外定位傳感器、 圖像定位傳感器、環(huán)境溫度傳感器、機(jī)器人內(nèi)部溫度傳感器、氣體濃度傳感器、蓄電池備電 檢測模塊連接，接收信號(hào)；其輸出端則與聲光報(bào)警器、水路對(duì)接電機(jī)、水霧/水柱電機(jī)、水平 定位伺服電機(jī)、豎直定位伺服電機(jī)、軌道伺服電機(jī)、蓄電池充電對(duì)接電機(jī)連接，輸出控制信 號(hào)；蓄電池為消防機(jī)器人供電，其輸入端與蓄電池充電對(duì)接電機(jī)連接，輸出端則與蓄電池備 電檢測模塊連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是:所述消防機(jī)器人控 制器包括中心處理器DSP是整個(gè)隧道消防機(jī)器人的控制核心；無線圖像收發(fā)模塊，把彩色CCD 攝像機(jī)的圖像回傳到火災(zāi)控制室；圖像采集模塊，采集圖像定位傳感器的圖像到隧道消防機(jī) 器人控制器，控制器經(jīng)過圖像處理、分析確定火源；光隔輸入模塊，采集相關(guān)的各種開關(guān)量 信息；水平方向掃描伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、豎直方向掃描伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、軌道伺服電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)隧道消防機(jī)器人水平方向掃描、豎直方向掃描和在軌道上運(yùn)動(dòng)；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊，控制隧道消防機(jī)器人的出水方式是水霧/水柱；蓄電池充電對(duì)接驅(qū)動(dòng)模塊，通過蓄電池 充電器為蓄電池進(jìn)行充電；水路對(duì)接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)隧道消防機(jī)器人對(duì)接水路；小功率 繼電器、功率MOSFET,驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警、LED等狀態(tài)顯示設(shè)備、無線通信模塊，分級(jí)控制器通 信，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)和控制主機(jī)的通信；A/D采樣模塊，采集環(huán)境溫度傳感器、機(jī)器人內(nèi)部溫 度傳感器、氣體濃度傳感器等信息。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是:所述紅外定位傳感 器包括水平方向上定位紅外傳感器和豎直上點(diǎn)定位紅外傳感器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是:所述圖像定位傳感 器包括彩色圖像攝像機(jī)和紅外濾光片組成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是:所述蓄電池備電檢 測模塊包括電壓、電流檢測傳感器及放大電路、A/D采樣模塊和單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種隧道消防應(yīng)急智能機(jī)器人系統(tǒng)。它解決了隧道內(nèi)部空間小，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，撲救難度大、易造成人員傷亡的隧道消防難題，具有結(jié)構(gòu)簡單，能及時(shí)有效撲滅隧道火災(zāi)等優(yōu)點(diǎn)。它包括安裝在隧道內(nèi)的消防供水管道及消防水閥，以及安裝在軌道上的根據(jù)火災(zāi)情況自動(dòng)沿軌道近距離移動(dòng)到最接近著火點(diǎn)的至少一個(gè)消防機(jī)器人；隧道內(nèi)還設(shè)有至少一個(gè)與消防機(jī)器人無線通信的分級(jí)控制器，它通過CAN總線與消防控制主機(jī)連接；在隧道內(nèi)還設(shè)有連接在CAN總線上的火災(zāi)探測裝置，火災(zāi)探測裝置與分級(jí)控制器連接；隧道內(nèi)還設(shè)有通過視頻線與消防控制主機(jī)相連的火災(zāi)圖像監(jiān)控裝置；消防控制主機(jī)在火災(zāi)控制室內(nèi)，并通過CAN總線與消防聯(lián)動(dòng)裝置以及集中控制盤連接。
文檔編號(hào)A62C3/00GK201164675SQ20082001729
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者侯恩廣, 劉學(xué)軍, 劉廣敏, 劉建翔, 巍 成, 李建新, 歐陽紅晉, 趙志鵬, 車曉波 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所