专利名称：火灾救援机器人系统及其方法
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，特别是一种火灾救援机器人系统及其方法。
背景技术：
近年来，在石油化工行业的生产过程和运输过程中，易燃易爆和剧毒化学制品的泄漏以及燃烧、爆炸的事故频繁增加，为避免在火灾过程中的人员伤亡和巨大财产损失，已明确将消防机器人作为这种危险场合的主力军。目前已开发出灭火机器人、侦察机器人，但火灾救援机器人还属于空白。
发明内容
本发明的目的就是开发出一种火灾救援机器人，能够在易燃易爆和剧毒化学制品的泄漏以及燃烧、爆炸等危险场合，代替消防人员深入火灾现场，进行遇险人员的搜寻和救援。一方面减少不必要消防人员的伤亡，另一方面增大救援的力度，实施快速有效的救援。
本发明的目的是这样实现的，提供一种火灾救援机器人系统，包括移动车体以及传感机构和防护罩；图像声音定位器；驾驶机构；对讲器；显示器和无线控制器；其移动车体为普通机动车底盘，底盘上装有防护罩，车轮和车体都具有耐火性能；移动车体内设有救援氧气瓶、止血带，便于遇险人员自行使用，及时自救；移动车体上的传感机构包括车身周围安装的超声、红外测距传感器，用于检测移动车体与周围物体之间的距离，在机器人深入火灾现场后，由车内控制器实现车体的自主避障；防护罩四侧面设有宽大的防火窗口，左右两侧的窗口可在移动车体内或外控制开启或关闭，在遇险人员进入车体后，关闭防护罩窗口，使车体密封，隔离外界有毒有害气体，也防止外界火焰、爆炸对人员的直接肢体伤害；图像声音定位器设于防护罩外侧面；对讲器用来与远程控制中心对话，同时将遇险人员的图像信息传回给远程控制中心，便于远程操作人员掌握遇险人员的详细情况；显示器用来显示图像传感器检测的环境信息，便于遇险人员观察以操作移动车体；无线控制器在远程控制中心，由遥控人员掌握，对移动车体进行运动控制。
所述的火灾救援机器人系统，其图像声音定位器设于防护罩前部外侧面，包括图像传感器和声音传感器两部分，以及相应的辅助排烟装置，用于有效检测火灾现场的图像和声音信号；图像传感器获得的图像信号反馈给远程控制中心和车体内的显示器，一方面便于远程操作人员对车体的遥控操作，另一方面便于遇险人员搭乘后观察外部环境的信息；声音传感器用来检测火灾现场的遇险人员发出的求救声音，用来对遇险人员定位，同时控制图像传感器转向遇险人员的方位，用来指导操作人员控制移动车体向目标运动。
所述的火灾救援机器人系统，其驾驶机构为移动车体提供了一种自主控制方式，若遇险人员有一定活动能力，最有利的方式是自行驾驶移动车体逃离火灾现场，或救援人员驾驶移动车体实施救援。
所述的火灾救援机器人系统的工作方法，其a)救援人员驾驶移动车体实施火灾现场救援；b)在距离火灾现场的一定范围内，远程操作人员通过无线控制器，遥控移动车体向火灾现场运动，寻找和救援遇险人员；移动车体在火灾现场运动时，由图像声音定位器将采集的数据传回远程控制中心，用来确定遇险人员的确切位置，由远程操作人员遥控移动车体接近遇险人员；移动车体便于遇险人员搭乘，遇险人员可启动防护罩窗口，防止在逃离火灾现场过程中受伤；若遇险人员有一定活动能力，可以自行驾驶移动车体，否则，仍由远程操作人员遥控移动车体使其逃离火灾现场。
本发明火灾救援机器人系统具有如下优点●移动车体外形与普通小车相似，车身小巧，具有一定耐火防护性能，便于在火灾现场灵活运动。
●移动车体上装有距离检测设备和控制设备，用于实现车体在火灾现场的自主避障。
●移动车体上装有防护罩，可以对车体密封，防止遇险人员乘车逃离火灾现场过程中受到外界伤害。
●图像声音定位器的声音传感设备用于检测火灾现场遇险人员发出的求救信号，对遇险人员定位。
●图像声音定位器的图像传感设备用于检测车体行驶前方的外界环境信息，以及遇险人员的位置，便于远程操作人员快速有效地控制车体。
●驾驶机构便于遇险人员自行操作移动车体，快速逃离火灾现场。
●对讲器用来实现遇险人员同远程操作人员的对话，方便了解遇险人员的详细情况。
●显示器用来显示图像传感设备检测的外部环境信息，便于遇险人员操作移动车体逃离火灾现场时观察参考。
●无线控制器用来实现移动车体的远程遥控，图像和声音信息也通过无线方式传输到远程控制中心。
图1火灾救援机器人三维结构示意图。
具体实施例方式
本发明的火灾救援机器人的三维结构如图1所示。火灾救援机器人系统包括移动车体1以及传感机构2和防护罩3；图像声音定位器4；驾驶机构5；对讲器6；显示器7和无线控制器8。其中，传感机构2、防护罩3、图像声音定位器4、驾驶机构5、对讲器6和显示器7组装在移动车体1内或外，无线控制器8与移动车体1可进行无线通讯。
下面分别介绍各部分。
移动车体1为普通机动小车底盘，主要区别和关键技术在于机器人的防护性能、传感性能和控制性能。移动车体1由具有一定耐火性能的车轮和车体组成，车轿四周设置防火玻璃窗口，以扩大视野。车体内有救援设备，如氧气瓶、止血带等，便于遇险人员自行使用，及时自救。
移动车体1上的传感机构2包括车身周围安装的超声、红外测距传感器，用于检测移动车体1与周围物体之间的距离，在机器人深入火灾现场后，由车内控制器实现车体1的自主避障。
移动车体1上还装有防护罩3，防护罩3四侧面设有宽大的防火窗口，左右两侧的窗口可在移动车体1内或外控制开启或关闭，遇险人员进入车体1后，可以关闭防护罩3的防火窗口，使车体1密封，隔离外界有毒有害气体，也防止外界火焰、爆炸等对人员的直接肢体伤害。
图像声音定位器4包括图像传感器和声音传感器两部分，以及相应的辅助排烟装置，用于有效检测火灾现场的图像和声音信号。图像传感器获得的图像信号反馈给远程控制中心和车体内的显示器7，一方面便于远程操作人员对车体的遥控操作，另一方面便于遇险人员搭乘后观察外部环境的信息。声音传感器用来检测火灾现场的遇险人员发出的求救声音，用来对遇险人员定位，同时控制图像传感器转向遇险人员的方位，用来指导操作人员控制移动车体向目标运动。
驾驶机构5为移动车体1提供了一种自主控制方式，若遇险人员有一定活动能力，最有利的方式是自行驾驶移动车1逃离火灾现场。
对讲器6用来与远程控制中心对话，同时将遇险人员的图像信息传回给远程控制中心，便于远程操作人员掌握遇险人员的详细情况。
显示器7用来显示图像传感器检测的环境信息，便于遇险人员观察以操作移动车体1。
无线控制器8在远程控制中心，由遥控人员掌握，对移动车体1进行运动控制。
工作方法为a、救援人员自驾移动车体1向火灾现场运动，寻找和救援遇险人员，并带离火灾现场。
b、在距离火灾现场的一定范围内，远程操作人员通过无线控制器8，遥控移动车体1向火灾现场运动，寻找和救援遇险人员。移动车体1在火灾现场运动时，由图像声音定位器4将采集的数据传回远程控制中心，用来确定遇险人员的确切位置，由远程操作人员遥控移动车体1接近遇险人员。移动车体1便于遇险人员搭乘，遇险人员可启动防护罩3，防止在逃离火灾现场过程中受伤。若遇险人员有一定活动能力，可以自行驾驶移动车体1，否则，仍由远程操作人员遥控移动车体1使其逃离火灾现场。
权利要求
1.一种火灾救援机器人系统，包括移动车体以及传感机构和防护罩；图像声音定位器；驾驶机构；对讲器；显示器和无线控制器；其特征在于，移动车体为普通机动车底盘，底盘上装有防护罩，车轮和车体都具有耐火性能；移动车体内设有救援氧气瓶、止血带，便于遇险人员自行使用，及时自救；移动车体上的传感机构包括车身周围安装的超声、红外测距传感器，用于检测移动车体与周围物体之间的距离，在机器人深入火灾现场后，由车内控制器实现车体的自主避障；防护罩四侧面设有宽大的防火窗口，左右两侧的窗口可在移动车体内或外控制开启或关闭，在遇险人员进入车体后，关闭防护罩窗口，使车体密封，隔离外界有毒有害气体，也防止外界火焰、爆炸对人员的直接肢体伤害；图像声音定位器设于防护罩外侧面；对讲器用来与远程控制中心对话，同时将遇险人员的图像信息传回给远程控制中心，便于远程操作人员掌握遇险人员的详细情况；显示器用来显示图像传感器检测的环境信息，便于遇险人员观察以操作移动车体；无线控制器在远程控制中心，由遥控人员掌握，对移动车体进行运动控制。
2.如权利要求1所述的火灾救援机器人系统，其特征在于，所述图像声音定位器，设于防护罩前部外侧面，包括图像传感器和声音传感器两部分，以及相应的辅助排烟装置，用于有效检测火灾现场的图像和声音信号；图像传感器获得的图像信号反馈给远程控制中心和车体内的显示器，一方面便于远程操作人员对车体的遥控操作，另一方面便于遇险人员搭乘后观察外部环境的信息；声音传感器用来检测火灾现场的遇险人员发出的求救声音，用来对遇险人员定位，同时控制图像传感器转向遇险人员的方位，用来指导操作人员控制移动车体向目标运动。
3.如权利要求1所述的火灾救援机器人系统，其特征在于，所述驾驶机构，为移动车体提供了一种自主控制方式，若遇险人员有一定活动能力，最有利的方式是自行驾驶移动车体逃离火灾现场，或救援人员驾驶移动车体实施救援。
4.如权利要求1、2或3所述的火灾救援机器人系统的工作方法，其特征在于，a)救援人员驾驶移动车体实施火灾现场救援；b)在距离火灾现场的一定范围内，远程操作人员通过无线控制器，遥控移动车体向火灾现场运动，寻找和救援遇险人员；移动车体在火灾现场运动时，由图像声音定位器将采集的数据传回远程控制中心，用来确定遇险人员的确切位置，由远程操作人员遥控移动车体接近遇险人员；移动车体便于遇险人员搭乘，遇险人员启动防护罩窗口，防止在逃离火灾现场过程中受伤；若遇险人员有一定活动能力，自行驾驶移动车体，否则，仍由远程操作人员遥控移动车体使其逃离火灾现场。
全文摘要
本发明是一种火灾救援机器人系统及其方法，属于机器人领域。火灾救援机器人系统包括移动车体以及传感机构和防护罩；图像声音定位器；驾驶机构；对讲器；显示器和无线控制器。在距离火灾现场的一定范围内，远程操作人员通过无线控制器，遥控移动车体向火灾现场运动，寻找和救援遇险人员。移动车体在火灾现场运动时，由图像声音定位器将采集的数据传回远程控制中心，用来确定遇险人员的确切位置，由远程操作人员遥控移动车体接近遇险人员。移动车体便于遇险人员搭乘，遇险人员可启动防护罩，防止在逃离火灾现场过程中受伤。若遇险人员有一定活动能力，可以自行驾驶移动车体，否则，仍由远程操作人员遥控移动车体使其逃离火灾现场。
文档编号A62C27/00GK1994495SQ200510130759
公开日2007年7月11日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者赵冬斌, 易建强 申请人:中国科学院自动化研究所