自主瞄準火源噴水滅火方法、滅火系統及消防機器人的制作方法
【專利摘要】本發明涉及消防設備技術領域，具體公開了一種自主瞄準火源噴水滅火方法、滅火系統及消防機器人，所述滅火方法包括測得消防機器人在起始位置時的火源方向與消防機器人的移動路線之間的夾角、消防機器人在終點位置時的火源方向與消防機器人的移動路線之間的夾角以及消防機器人移動的距離，根據三角函數計算出消防機器人在起在終點位置時與火源的距離，根據火源距離與水炮仰角的關系式計算出水炮仰角，消防機器人根據計算出的火源距離和水炮仰角進行發炮滅火，所述滅火系統包括熱成像儀、云臺系統、底盤伺服系統、伺服電控型消防水炮、電子水壓計和控制系統，所述消防機器人包括所述滅火系統。本發明通過自行瞄準火源并配水滅火實現了自主滅火功能。
【專利說明】
自主瞄準火源噴水滅火方法、滅火系統及消防機器人
技術領域
[0001] 本發明涉及消防設備技術領域，尤其涉及一種自主瞄準火源噴水滅火方法、滅火 系統及消防機器人。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的不斷發展發展，消防設備越來越多的代替消防隊員進入到火場一線進 行滅火戰斗，顯著提高消防部隊撲滅特大惡性火災的實戰能力，對減少國家財產損失和滅 火救援人員的傷亡也產生重要了作用。但是現有技術中的消防設備通常位置固定，一般的 消防設備還需要固定在高處，且覆蓋半徑十分有限，而現有技術中移動式消防設備如消防 機器人的自主滅火系統缺乏，且實用性極低。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種自主瞄準火源噴水滅火方法、滅火系統及消防機器人， 以實現消防機器人自行識別火源并噴水滅火的自主滅火功能。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種自主瞄準火源噴水滅火方法，包括以 下步驟：
[0005] Sl.消防機器人在起始位置A點通過熱成像儀檢測火源位置C點的方向；
[0006] S2.消防機器人沿直線移動到終點位置B點后再次通過熱成像儀檢測火源位置C點 的方向；
[0007] S3.測得消防機器人在起始位置時的火源方向與消防機器人的移動路線之間的夾 角ZCAB = a，測得消防機器人在終點位置時的火源方向與消防機器人的移動路線之間的夾 角ZCBA = i3,測得消防機器人移動的距離AB = L;
[0008] S4.根據三角函數計算出消防機器人在起在終點位置時與火源的距離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.獲得消防機器人的消防水炮的噴水口高度H，獲得消防機器人的消防水炮的噴 水速度V，設消防機器人的消防水炮的噴水方向與水平方向之間的消防水炮仰角為γ，根據 火源距離BC與水炮仰角γ的關系式計算出水炮仰角γ，
[0015] S6.消防機器人根據計算出的火源距離BC和水炮仰角γ進行發炮滅火。[0016] 優選地，所述獲得消防機器人的消防水炮的噴水速度V的過程包括:測量消防機器
[0013]
[0014] 人的防水炮的噴水口內的水壓P，根據能量守恒定律以及水深和壓強的關系P=p gh計算出 該壓強對應的水深理論值h，根據能量守恒定律計算出噴水速度V，
[0017]
[0018]
[0019]優選地，通過云臺電機驅動熱成像儀旋轉以尋找火源，在檢測到火源時，通過云臺 電機獲得消防機器人離其移動路線的旋轉角度。
[0020] 優選地，通過伺服電機驅動消防機器人沿直線移動，通過伺服電機的轉速與輪徑 計算出消防機器人移動的距離。
[0021] 優選地，消防機器人的消防水炮為伺服電控型消防水炮，其包括可實時獲取水泡 出水口的仰角與偏移量的水炮伺服電機，消防水炮連接有可實時獲取消防水炮內水壓的電 子水壓計。
[0022] 優選地，所述步驟S1-S5均由控制系統控制各部分自動完成。
[0023]本發明還提供了一種自主瞄準火源噴水滅火系統，包括熱成像儀、云臺系統、底盤 伺服系統、伺服電控型消防水炮、電子水壓計和控制系統;所述熱成像儀用于識別火源;所 述云臺系統包括云臺和云臺電機，包括所述熱成像儀設在所述云臺上，所述云臺電機用于 驅動所述熱成像儀旋轉以尋找火源;所述底盤伺服系統包括移動底盤和伺服電機，所述云 臺設在所述移動底盤上，所述伺服電機用于驅動所述移動底盤移動;所述伺服電控型消防 水炮設在所述移動底盤上并與所述所述熱成像儀連接;所述電子水壓計與所述伺服電控型 消防水炮相連，所述電子水壓計用于實時反饋水炮水壓;所述控制系統分別與所述熱成像 儀、云臺系統、底盤伺服系統、伺服電控型消防水炮和電子水壓計連接，所述控制系統用于 控制各部分并接收各部分的數據。
[0024] 優選地，所述熱成像儀為紅外熱成像儀。
[0025] 本發明還提供了一種消防機器人，包括所述的自主瞄準火源噴水滅火系統。
[0026] 本發明的自主瞄準火源噴水滅火方法能夠自行瞄準火源并噴水滅火，實現了自主 滅火功能，在高危火災現場，代替消防員進入火場作業，保護了一線消防戰士的人身安全， 大大的提高了消防安全性能和消防效率，具有極高的實用性。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明實施例的自主瞄準火源配水滅火方法中定位火源位置的原理圖；
[0028]圖2為本發明實施例的自主瞄準火源配水滅火方法中噴水落點軌跡的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于 說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
[0030]本實施例中的自主瞄準火源噴水滅火方法包括以下步驟：
[0031 ] Sl.消防機器人在起始位置A點通過熱成像儀檢測火源位置C點的方向；
[0032]具體的，通過云臺電機驅動熱成像儀旋轉以尋找火源，在檢測到火源時，通過云臺 電機獲得消防機器人離其移動路線的旋轉角度。
[0033] S2.消防機器人沿直線移動到終點位置B點后再次通過熱成像儀檢測火源位置C點 的方向；
[0034] 具體的，通過伺服電機驅動消防機器人沿直線移動，通過伺服電機的轉速與輪徑 計算出消防機器人移動的距離。
[0035] S3.如圖1所示，測得消防機器人在起始位置時的火源方向與消防機器人的移動路 線之間的夾角ZCAB = a，測得消防機器人在終點位置時的火源方向與消防機器人的移動路 線之間的夾角ZCBA = i3,測得消防機器人移動的距離AB = L。
[0036] S4.如圖1所示，根據三角函數計算出消防機器人在起在終點位置時與火源的距離 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.獲得消防機器人的消防水炮的噴水口高度H，獲得消防機器人的消防水炮的噴 水速度V，設消防機器人的消防水炮的噴水方向與水平方向之間的消防水炮仰角為γ，根據 火源距離BC與水炮仰角γ的關系式計算出水炮仰角γ，
[0041]
[0042]
[0043] 其中，所述獲得消防機器人的消防水炮的噴水速度V的過程包括:測量消防機器人 的防水炮的噴水口內的水壓Ρ，根據能量守恒定律以及水深和壓強的關系P = P gh計算出該 壓強對應的水深理論值h，根據能量守恒定律計算出噴水速度V，
[0044]
[0045]
[0046] S6.消防機器人根據計算出的火源距離BC和水炮仰角γ進行發炮滅火；
[0047] 其中，消防機器人的消防水炮為伺服電控型消防水炮，其包括可實時獲取水泡出 水口的仰角與偏移量的水炮伺服電機，消防水炮連接有可實時獲取消防水炮內水壓的電子 水壓計。
[0048] 所述步驟SI -S5均由控制系統控制各部分自動完成。
[0049] 如圖2所示，本實施例中步驟S5的具體計算方法為：以水平面為X軸，豎直面為Y軸 建立如圖XOY坐標系，消防水炮設置在圖中的D點，因此，消防水炮的噴水口高度H=0D。消防 水炮的噴水沿著圖中D-M-E曲線運動，最后落點為E，其中M為噴水的最高點，M對應在X軸上 的點為P(未標出），要想定位消防水炮噴水落點，即得出OE的距離即為S。
[0050] 消防水炮的噴水口的噴水速度為V，消防水炮的噴水口與X軸之間的仰角γ，將V分 解為沿X軸的分量Vx和沿Y軸的分量Vy，Vx = Vcos γ，Vy = Vsin γ。
[0051] 分析消防水炮的噴水運動可知，由M到D和由M到E分別為兩段平拋運動，由D到M，V 沿Y軸的分量Vy逐漸減小為O，設由D到M運動時間為t，則有：
[0052]
)由M到E為平拋運動，設由 M到E運動時間為t，則有：
[0053]
[0054]
[0055] ,整理后 得，51 =]
[0056] 由上述計算方法的過程可知，本發明的定位方法結合消防水炮的噴水軌跡及運動 原理進行計算，計算方法合理，對于消防水炮噴水的定位更加接近與實際的噴水落點，對于 消防水炮噴水落點的定位合理準確，具有可靠的參依據。
[0057] 由消防水炮噴水落點的定位方法中的公式可知需要獲取消防水炮噴水口的噴水 速度，可借助一定的檢測儀器進行測量，本發明提供一種更為簡便的方法，具體地，所述獲 取消防水炮的噴水口的噴水速度V包括：
[0058] 測量消防水炮的噴水口內的水壓P;
[0059] 控制系統根據P = P gh計算出該壓強對應的水深理論值h;
[0060] 控制系統由能量守恒定律：
[0061 ]上述獲取消防水炮的噴水口的噴水速度V的方法中：
[0062] (1)根據能量守恒定律以及水深和壓強的關系P = Pgh(h為不同水壓下的理論值）， 知道出口面積一定，不同壓強下噴水瞬間水的能量等同于水的重力勢能。
[0063] (2)近似認為水的勢能全部轉化動能，則有
[0064 ]因此，本發明將檢測消防水炮的噴水口的噴水速度V轉換為檢測消防水炮的噴水 口內的水壓P，通過消防水炮內的水壓計就能實現。一方面，現有消防水炮內一般設置有水 壓計，可直接利用，無需額外增加檢測元件，降低成本，另一方面，檢測消防水炮內的水壓更 易加簡單，容易實現。
[0065] 本發明的消防水炮噴水落點的定位方法可對噴水落點進行有效的定位，這在實際 的消防工作中具有重要的意義。
[0066] 本實施例中的自主瞄準火源噴水滅火系統包括:熱成像儀、云臺系統、底盤伺服系 統、伺服電控型消防水炮、電子水壓計和控制系統;所述熱成像儀用于識別火源，所述熱成 像儀為紅外熱成像儀;所述云臺系統包括云臺和云臺電機，所述熱成像儀設在所述云臺上， 所述云臺電機用于驅動所述熱成像儀旋轉以尋找火源;所述底盤伺服系統包括移動底盤和 伺服電機，所述云臺設在所述移動底盤上，所述伺服電機用于驅動所述移動底盤移動;所述 伺服電控型消防水炮設在所述移動底盤上并與所述所述熱成像儀連接;所述電子水壓計與 所述伺服電控型消防水炮相連，所述電子水壓計用于實時反饋水炮水壓;所述控制系統分 別與所述熱成像儀、云臺系統、底盤伺服系統、伺服電控型消防水炮和電子水壓計連接，所 述控制系統用于控制各部分并接收各部分的數據。
[0067] 本實施例中的消防機器人包括所述的自主瞄準火源噴水滅火系統。
[0068] 本發明的自主瞄準火源噴水滅火方法能夠自行瞄準火源并噴水滅火，實現了自主 滅火功能，在高危火災現場，代替消防員進入火場作業，保護了一線消防戰士的人身安全， 大大的提高了消防安全性能和消防效率，具有極高的實用性。
[0069] 本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發 明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選 擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員 能夠理解本發明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【主權項】
1. 一種自主瞄準火源噴水滅火方法，其特征在于，包括以下步驟：51. 消防機器人在起始位置A點通過熱成像儀檢測火源位置C點的方向；52. 消防機器人沿直線移動到終點位置B點后再次通過熱成像儀檢測火源位置C點的方 向；53. 測得消防機器人在起始位置時的火源方向與消防機器人的移動路線之間的夾角Z CAB = a，測得消防機器人在終點位置時的火源方向與消防機器人的移動路線之間的夾角Z CBA = i3,測得消防機器人移動的距離AB = L;54. 根據三角函數計算出消防機器人在起在終點位置時與火源的距離BC， AB/sinZACB=AC/sinZCBA = BC/sinZCAB L/sin(a-0) =AC/sinP = BC/sina BC = L sina/sin(a-0)；55. 獲得消防機器人的消防水炮的噴水口高度H，獲得消防機器人的消防水炮的噴水速 度V，設消防機器人的消防水炮的噴水方向與水平方向之間的消防水炮仰角為γ，根據火源 距離BC與水炮仰角γ的關系式計算出水炮仰角γ，56. 消防機器人根據計算出的火源距離BC和水炮仰角γ進行發炮滅火。2. 根據權利要求1所述的自主瞄準火源噴水滅火方法，其特征在于，所述獲得消防機器 人的消防水炮的噴水速度V的過程包括:測量消防機器人的防水炮的噴水口內的水壓Ρ，根 據能量守恒定律以及水深和壓強的關系P = Pgh計算出該壓強對應的水深理論值h，根據能 量守恒定律計算出噴水速度V，3. 根據權利要求1所述的自主瞄準火源噴水滅火方法，其特征在于，通過云臺電機驅動 熱成像儀旋轉以尋找火源，在檢測到火源時，通過云臺電機獲得消防機器人離其移動路線 的旋轉角度。4. 根據權利要求3所述的自主瞄準火源噴水滅火方法，其特征在于，通過伺服電機驅動 消防機器人沿直線移動，通過伺服電機的轉速與輪徑計算出消防機器人移動的距離。5. 根據權利要求4所述的自主瞄準火源噴水滅火方法，其特征在于，消防機器人的消防 水炮為伺服電控型消防水炮，其包括可實時獲取水泡出水口的仰角與偏移量的水炮伺服電 機，消防水炮連接有可實時獲取消防水炮內水壓的電子水壓計。6. 根據權利要求1-5中任何一項所述的自主瞄準火源噴水滅火方法，其特征在于，所述 步驟S1-S5均由控制系統控制各部分自動完成。7. -種自主瞄準火源噴水滅火系統，其特征在于，包括熱成像儀、云臺系統、底盤伺服 系統、伺服電控型消防水炮、電子水壓計和控制系統;所述熱成像儀用于識別火源;所述云 臺系統包括云臺和云臺電機，所述熱成像儀設在所述云臺上，所述云臺電機用于驅動所述 熱成像儀旋轉以尋找火源;所述底盤伺服系統包括移動底盤和伺服電機，所述云臺設在所 述移動底盤上，所述伺服電機用于驅動所述移動底盤移動;所述伺服電控型消防水炮設在 所述移動底盤上并與所述熱成像儀連接;所述電子水壓計與所述伺服電控型消防水炮相 連，所述電子水壓計用于實時反饋水炮水壓;所述控制系統分別與所述熱成像儀、云臺系 統、底盤伺服系統、伺服電控型消防水炮和電子水壓計連接，所述控制系統用于控制各部分 并接收各部分的數據。8. 根據權利要求7所述的自主瞄準火源噴水滅火系統，其特征在于，所述熱成像儀為紅 外熱成像儀。9. 一種消防機器人，其特征在于，包括權利要求7或8所述的自主瞄準火源噴水滅火系 統。
【文檔編號】A62C37/00GK105944270SQ201610089595
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年2月18日
【發明人】王坤, 郭李浩, 楊文玉
【申請人】青島克路德機器人有限公司