专利名称：组合式自动爬楼消防排烟机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于消防装置技术领域，涉及一种组合式自动爬楼消防排烟机器人。
背景技术：
由于城市化进程的不断加快，各种娱乐场所、办公大楼、超级商场、地下室、高层楼 房建筑等不断出现，加之城市基础设施的进一步完善，地铁逐渐成为大中城市的主要交通 设施，而各种大型石化工厂、仓库、公路及铁路隧道不断兴建，伴随而来的是危险化学品运 输越来越多，各种火灾及泄漏事故时有发生，而这一类的火灾及泄漏事故往往伴随着大量 的易燃、易爆及有毒有害气体和烟雾，对现场人员及周围环境造成巨大的危害，并给火灾扑 救带来极大的困难。据统计，火灾中有85%以上的人是因吸入这些有毒烟雾而死亡的，远多 于火灾高温而死亡的人。目前对易燃、易爆及有毒、有害气体和烟雾最有效的救援措施是采 用带细水雾的大功率正压或负压式排烟设备。而对于高层建筑和地铁以及地下室所发生的 火灾或有毒气体的泄漏，由于大型排烟设备无法抵达现场，只能采用小型手抬式排烟机，而 目前这种排烟机由于其排风量国内外往往都不超过100000m3/h，并且重量及体积较大，因 此难以达到理想效果。而高层建筑，地铁及地下室火灾，由于重型大功率灭火装备无法抵达 火灾现场，故其快速有效灭火救援一直是世界性难题。众所周知，为了增加排烟机的排风量，就必须加大排烟机的驱动功率，因而使得驱 动排烟机的动力装置的功率也必须随之加大，但是随着功率的加大其动力装置的体积和重 量也成倍增加，而目前所有的排烟机均安装一个动力装置，并且将风扇安装在动力装置的 输出轴上，这样就会使动力装置阻碍进风，因而就不得不增大排烟机风筒的直径，但是由于 移动式排烟装备的宽度是受国家法规限制的，为保证其行走的安全性其宽度不得超过2. 5 米，因此极大的限制了排烟机的排风量。另外目前驱动排烟机的动力装置普遍采用液压马达、发动机或常规电机，而随着 功率的加大，发动机或常规电机的重量和体积也成倍增加，乃至一辆重型车辆都无法装下； 而采用液压马达作为风扇驱动力的系统，因为其动力来源是原车电机通过取力器提供，加 上自身的动力损失以及转化为液压能所产生的二次能量损耗，极大的限制了排烟机功率的提尚。因此纵观目前国内外生产的各型车载式消防排烟装备，包括目前号称“当今世界 上排风量最大的排烟消防车”-MVU280型法国产排烟消防车，其排风量也不超过280000 m3/ h，难以满足特大型火灾及石化重大事故的快速有效的通风、排烟、降温、除尘以及改变火场 方向等需要。所以，首先现有的消防排烟装备的排风量不足。二是随强风气流喷射的细水雾没有洗消中和有毒气体的功能；三是目前世界上所 有的大功率车载式消防排烟设备都不具备爬楼梯的功能，即使是排烟量较小的“陆虎60”排 烟机器人也仅能爬行一定的坡道，而不能上下楼梯，因此对高层建筑及地铁和地下室火灾 扑救都显得无能为力。四是目前上述的排烟机均没有发生紧急情况时的自保装置，因此在 其遭遇紧急情况时没有很好的解决措施。
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目前世界上所有应用于爬楼的机器人均为智能和玩具机器人，因此其体积和重量 均较小，只能携带很少的负重，即使是目前具有较大载重能力的爬楼轮椅其携带重量也不 超过100kg，并且由于没有稳定及防倾翻装置，因此在爬楼时还需随行人员的帮助；而目前 世界上最先进的德国产“陆虎60”排烟机器人，由于它所采用的是是发动机驱动液压系统的 传统结构形式，因此操作复杂、故障率高、缺乏灵活性、特别是不能小型化的致命缺点，因此 自重和体积都很大，其40000 m3/h空气射流流量宽度就超过1. 3米，远远大于普通建筑楼 梯的标准，并且受自身体积的限制，所装发动机功率较小，因此其载重量也不超过250kg，根 本不具有爬楼的可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合式自动爬楼消防排烟机器人，排风量大，能够自 动爬楼，具有自保、洗消中和有毒气体的功能。本发明采用的技术方案是，一种组合式自动爬楼消防排烟机器人，包括履带式自 动行走底盘、组合式消防排烟装置、紧急喷射自保装置、控制及图像传输系统，履带式自动 行走底盘作为载体，将组合式消防排烟装置、紧急喷射自保装置、控制及图像传输系统固定 在履带式自动行走底盘上面；履带式自动行走底盘包括蓄电池组、支承底盘、履带驱动系统 和稳定及防倾翻机构，蓄电池组安装在支承底盘上；履带驱动系统包括驱动器、减速器、左 右履带驱动轮、左右连杆、左右压轮、左右履带，驱动器、减速器、左右压轮均固定安装在支 承底盘上，驱动器与减速器相连，该减速器与左右履带驱动轮相连，左右履带驱动轮上的外 齿驱动左右履带，该左右压轮通过左右连杆与左右履带驱动轮相连，从而使左右履带张紧 安装；稳定及防倾翻机构是一个可升降装置，包括带减速器的执行电机、支撑体、转轴和能 够转动的滑动支撑，执行电机上下两端分别与支承底盘和支撑体铰接，支撑体上端通过转 轴与支承底盘铰接安装，支撑体下端铰接于滑动支撑上，该滑动支撑与地面滑动接触，并可 随履带式自动行走底盘同步行走。本发明的特征还在于，
组合式消防排烟装置包括两个或三个展开收缩机构、两个或三个多核驱动的消防排烟 机和俯仰机构；每个多核驱动的消防排烟机包括水箱、水泵、供水管、支架、电机、风扇、导 风罩、环形喷管、超细水雾喷嘴、皮带轮、皮带、输出轴、固定安装机构，电机的数量为两个以 上，对称固定安装在导风罩外壳上，并通过皮带分别或同时驱动输出轴上的皮带轮，该皮带 轮是固定安装在输出轴上，而风扇通过固定安装机构固定在输出轴的另一端，输出轴通过 轴承安装在支架上，该支架固定安装在导风罩内壁，并与导风罩成为一个整体，在导风罩的 尾端装有带超细水雾喷嘴的环形喷管；水箱和水泵固定于支承底盘上，并通过供水管与环 形喷管上的超细水雾喷嘴相通；每个展开收缩机构包括展开驱动电机、展开减速齿轮、旋转 支撑、展开旋转轴，该减速齿轮与展开驱动电机上的齿轮相互啮合，展开驱动电机的旋转轴 一端与支架铰接，另一端与俯仰板铰接，支架与旋转支撑固定连接，该旋转支撑和展开旋转 轴铰接安装于俯仰板上；俯仰机构包括俯仰板、俯仰旋转轴、俯仰减速齿轮、俯仰驱动电机， 该俯仰板上铰接安装有两个或三个展开收缩机构、两个或三个排烟机，该俯仰板下部通过 俯仰旋转轴与支承底盘相连，俯仰减速齿轮与俯仰驱动电机上的齿轮相互啮合，该俯仰驱 动电机的两端分别铰接于俯仰板和支承底盘上。
当多核驱动的消防排烟机为两个时，该两个消防排烟机安装在履带式自动行走底 盘的前部，两个消防排烟机端面相向安装，并且与导风罩的轴线在一条水平线上，并与履带 式自动行走底盘的轴线相互垂直，分别向左或右展开收缩旋转90° ；当多核驱动的消防排 烟机为三个时，其中的两个消防排烟机安装在履带式自动行走底盘的前部，两个消防排烟 机端面相向安装，并且与导风罩的轴线在一条水平线上，并与履带式自动行走底盘的轴线 相互垂直，分别向左或右展开收缩旋转90°，第三个消防排烟机安装于履带式自动行走底 盘中部，导风罩端面与地面平行，其轴线垂直与地面，向上旋转90° ；两个或三个消防排烟 机通过展开旋转轴展开后，各导风罩的端面在同一水平面上。两个或三个的多核驱动的消防排烟机中，风扇的扇叶安装时其排风或吸风方向全
部一致。紧急喷射自保装置包括自带气压的干粉瓶、管路和干粉喷射装置，干粉瓶固定在 支撑底盘上，并通过管路与干粉喷射装置相连，干粉喷射装置安装在俯仰板的上部。控制及图像传输系统包括无线控制器、无线接收装置、图像传输装置、显示屏、摄 像装置a、摄像装置b ；显示屏有两个，安装在无线控制器的顶盖上；无线接收装置分别与驱 动器、执行电机、电机、水泵、两个或三个展开驱动电机、俯仰驱动电机、干粉瓶上的阀门、摄 像装置a、摄像装置b连接；摄像装置a安装在支承底盘前端下部，摄像装置b安装在支承 底盘后顶部。本发明将两个或两个以上的正压或负压式多核(两个以上的电机)驱动的排烟机 组合安装于机器人上，可实现自动行走及攀爬普通建筑楼梯或地铁楼梯的功能。本发明的组合式自动爬楼消防排烟机器人与现有技术相比，其显著优点(1)小 型装置大型化将体积小、重量轻、功率大、安全性好、可靠性高的两个以上的电机同时用于 驱动一台风扇，这样可使排烟机的功率得到极大的提高而体积却变得更小，从而使得风机 的出口风速达50m/s以上，风量达60000m3/h以上；(2)将两个以上的该种排烟机组合集成 后，即满足了车载的需要同时也形成了超大功率排烟装置(其排风量可达180000m3/h以上， 气流喷射距离大于60m)，可满足消防灭火和应急救援不同环境下对强气流的需要，如通风 排烟等。(3)控制更简单、效率更高由于常规排烟机使用的动力装置如液压马达、电动机以 及常规发动机，其自身体积和重量均较大，而且效率低，难以满足小型高效的特点，而本发 明所采用的两个以上电机分别或同时驱动一个风扇的结构形式则具有上述动力装置所不 具备的优点，加之其本身也为电驱动，所以将其用于直接驱动排烟机风扇时即可大大的简 化控制系统，使其操作更加简单和安全可靠，而且比采用其它动力的同功率的排烟机体积 更小、功率更高，为大功率强风排烟装备的研制和应用提供了有效的新途径。(3)采用细水 雾化喷嘴，不仅可喷射出粒径小于150μπι的细水雾，而且喷嘴从导风筒外侧向圆心方向插 入筒内，均勻分布在风筒的圆形截面内，使喷射出的细水雾与强风气流均勻混和，提高了细 水雾的喷射面积和射程。(4)针对火灾有毒烟气成分的特点，对传统消烟剂的配方作了相应 改进，并将消烟剂添加于水中并随细水雾喷射出来，能够洗消和消除火灾产生的有毒烟雾， 并有效地减轻有毒烟雾对人体的毒害。(5)由于组合式排烟装置是由多个独立的多核(两个 以上的电机)驱动的排烟机组合而成，因此通过对个体排烟机扇叶组的快速更换，可以轻易 实现排烟机的正、负压转换，从而起到一机多用、节约成本的目的。(6)同一个排烟装置可 同时实现不同的功能将2个或2个以上的上述多核(两个以上的电机)驱动的排烟机组合
6成为一个大功率排烟装置，从而使其排风量数倍增加，由原来的不到60000 m3/h迅速增加 至近180000 m3/h以上，实现了小型装置大功率化的特点；并能根据火场的实际情况全部或 部分展开不同的排烟机，因而在同一个排烟装置上实现了同时具有正压通风和负压抽风的 功效，从而满足各种不同环境下消防灭火和应急救援的需要。(7)具备重载时快速、安全的 爬楼能力本发明所采用的履带式自动行走机械可以实现正常行走、后退、转向及原地转向 的功能，因此具有转弯半径小，操作灵活的优势，加上其独有的稳定及防倾翻装置，从而使 消防机器人在其外形尺寸不大于1050X850X 1700mm (长X宽X高)时，其承载能力可达 1-1. 5吨以上时能安全、顺利的上下普通建筑楼梯和地铁楼梯，从而解决了大型排烟设备不 能抵达上述场合的难题。(8)具有耐高温、抗辐射及防爆的特性由于本发明所采用的材料 均具备耐高温、抗辐射及防爆的特性，加上其独有的安全自保装置和稳定及防倾翻机构，从 而确保消防机器人能安全、快速的进入建筑内部并深入火场，从而实现抢险救援和驱除有 毒、有害烟雾以及侦察功能。(9)采用的在紧急情况时可喷射超细干粉或干粉包的紧急喷射 自保装置，因其使用的灭火剂-超细干粉在有效空间所具有的良好的灭火性能，从而较好 的解决了目前消防装备在灭火及抢险过程中的自身安全问题，为抢险救援提供了可靠的安 全保证。(10)由于本发明采用了带显示屏的无线控制结构，使得消防队员即使在300米以 上的距离外仍然可以方便的操控消防机器人，从而大大降低了消防队员自身的危险性。
图1为本发明中消防机器人控制原理图。图2为本发明中履带驱动系统结构示意图。图3为本发明中消防排烟机器人外形结构示意图。图4为本发明中稳定及防倾翻机构的结构示意图。图5为本发明中消防排烟机的结构示意图。图6为本发明中消防排烟机的工作展开示意图。图7为本发明中紧急喷射自保装置的结构示意图。图8为图5中电机部分的纵剖面图。图中，1.组合式自动爬楼消防排烟机器人，2.履带式自动行走底盘，3.组合式 消防排烟装置，4.紧急喷射自保装置，5.控制及图像传输系统，6.蓄电池组，7.支承底 盘，8.履带驱动系统，9.稳定及防倾翻机构，10.驱动器，11.减速器，12.左右履带驱动 轮，13.左右连杆，14.左右压轮，15.左右履带，16.执行电机，17.支撑体，18.滑动支 撑，19.转轴，20.展开收缩机构，21.消防排烟机，22.俯仰机构，23.水箱，24.水泵， 25.供水管，26.支架，27.电机，28.风扇，29.导风罩，30.环形喷管，31.超细水雾喷 嘴，32.展开驱动电机，33.展开减速齿轮，34.旋转支撑，35.展开旋转轴，36.俯仰板， 37.俯仰旋转轴，38.无线控制器，39.无线接收装置，40.图像传输装置，41.显示屏， 42.俯仰减速齿轮，43.摄像装置a，44.摄像装置b，45.俯仰驱动电机，46.干粉瓶，47. 管路，48.干粉喷射装置，49.固定安装机构，50.输出轴，51.皮带轮，52.皮带。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。
结合图1-图4，本发明组合式自动爬楼消防排烟机器人1，包括履带式自动行走底 盘2、组合式消防排烟装置3、紧急喷射自保装置4、控制及图像传输系统5，履带式自动行走 底盘2作为载体，将组合式消防排烟装置3、紧急喷射自保装置4、控制及图像传输系统5安 装在履带式自动行走底盘2上面；履带式自动行走底盘2包括蓄电池组6、支承底盘7、履 带驱动系统8和稳定及防倾翻机构9，为组合式消防排烟装置3、紧急喷射自保装置4、控制 及图像传输系统5提供动力的蓄电池组6安装在支承底盘7上。组合式自动爬楼消防排烟 机器人1上安装的所有电器以及线路均具有耐高温、抗辐射、防爆的措施和功能；如图2所 示，履带驱动系统8包括驱动器10、减速器11、左右履带驱动轮12、左右连杆13、左右压轮 14与左右履带15，驱动器10 (驱动器10由两个直流电机组成，其结构为常规技术，蓄电池 组6为驱动器10提供动力)、减速器11、左右压轮14均固定安装在支承底盘7上，驱动器10 与减速器11相连，该减速器11与左右履带驱动轮12相连，左右履带驱动轮12上的外齿驱 动左右履带15，该左右压轮14通过左右连杆13与左右履带驱动轮12相连，从而使左右履 带15张紧安装。如图4所示，稳定及防倾翻机构9是一个可升降装置，包括带减速器的执 行电机16、支撑体17、转轴19和能够转动的滑动支撑18，执行电机16上下两端分别与支 承底盘7和支撑体17铰接，支撑体17上端通过转轴19与支承底盘7铰接安装，下端铰接 于与滑动支撑18上，该滑动支撑18与地面滑动接触，并可随履带式自动行走底盘2同步行 走。其中，滑动支撑18由传送带、滚轮和支撑体组成，滚轮和支撑体设置在传送带内，滚轮 安装在支撑体上，并通过外齿与传送带啮合，转轴19与支撑体17铰接。履带式自动行走底 盘2是整个组合式自动爬楼消防排烟机器人1的载体，上述的所有装置均安装在它上面，因 而它既是整个消防机器人的运行体也是承载体。履带式自动行走底盘2是由驱动器10控 制，其动力源为蓄电池组6，蓄电池组6的电压可为直流24V或48V。左右履带15为梯形高 强度阻燃复合橡胶(内附不锈钢板)或高强度铝合金，使履带式自动行走机械安全、顺利的 上下普通建筑楼梯和地铁楼梯及接近火灾现场。履带式自动行走底盘2的装载质量大于1 吨，行走速度在5 7km/h。左右履带15采用三角形安装方式，即以履带驱动轮为顶点、使 履带形成一个三角形结构，从而提高组合式自动爬楼消防排烟机器人上下楼梯的稳定性。结合图3和图6，本发明组合式自动爬楼消防排烟机器人的组合式消防排烟装置 3包括两个或三个展开收缩机构20、两个或三个多核(两个以上的电机)驱动的消防排烟机 21和俯仰机构22 ；由于排烟机采用多个电机同时驱动，并且电机装于导风罩外壳，这样就 可有效增大进风面积，并使单个电机的功率和体积明显减小，而消防排烟机21的体积和重 量也明显减小；结合图5和图8，每个消防排烟机21包括水箱23、水泵24、供水管25、支架 26、电机27、风扇28、导风罩29、环形喷管30、超细水雾喷嘴31、输出轴50、皮带轮51、皮带 52、固定安装机构49，超细水雾喷嘴31安装在导风罩29尾部并均勻分布在环形喷管30的 内侧，与轴线成10° 20°方向，使喷射出的细水雾与强风气流均勻混和，用于提高细水 雾的射程；电机27的数量为两个以上，对称固定安装在导风罩29外壳上，并通过皮带52分 别或同时驱动输出轴50上的皮带轮51，该皮带轮51是固定安装在输出轴50上，而风扇28 通过固定安装机构49固定在输出轴50的另一端，输出轴50通过轴承安装在支架26上，该 支架26固定安装在导风罩29内壁，并与导风罩29成为一个整体，风扇28由4 12片扇 叶组成，可选用铝合金材料，也可选用高强度复合材料；导风罩29在其包容风扇部分为圆 形通道，末端为收敛通道，在导风罩29的尾部装有带超细水雾喷嘴31的环形喷管30 ；水箱
823和水泵24固定于支承底盘7上(其水箱容积为300 500L)，水泵24的输水流量为2L/ S，水泵24出口处压力位0. 8 1. OMPa,灭火剂通过供水管25与环形喷管30上的超细水雾 喷嘴31相通；超细水雾喷射系统的灭火剂中添加了能消除室内火灾中有毒烟雾的消烟剂 技术，该消烟剂是根据火灾有毒烟气成分的特点，对传统消烟剂的配方作了相应改进，能够 洗消和消除火灾产生的有毒烟雾，有效减轻烟雾对人体的毒害。两个或三个多核(两个以上的电机)驱动的消防排烟机21在工作状态下可由展开 收缩机构20作水平或垂直方向旋转90°，在非工作状态下收回，并由展开驱动电机32控 制；每个展开收缩机构20包括展开驱动电机32、展开减速齿轮33、旋转支撑34、展开旋转 轴35，该展开减速齿轮33与展开驱动电机32上的齿轮相互啮合，展开驱动电机32的旋转 轴一端与支架26铰接，另一端与俯仰板36铰接，支架26与旋转支撑34固定连接，该旋转 支撑34和展开旋转轴35铰接安装于俯仰板36上；
组合式消防排烟装置3在工作状态下可由俯仰机构22作5° +35°俯仰旋转；俯仰 机构22包括俯仰板36、俯仰旋转轴37、俯仰减速齿轮42、俯仰驱动电机45，该俯仰板36上 铰接安装有两个或三个展开收缩机构20、两个或三个消防排烟机21，该俯仰板36下部通过 俯仰旋转轴37与支承底盘7相连，而俯仰减速齿轮42与俯仰驱动电机45上的齿轮相互啮 合，该俯仰驱动电机45的两端分别铰接于俯仰板36和支承底盘7上。当上述多核(两个以上的电机)驱动的消防排烟机21为两个时，该两个消防排烟机 21安装在履带式自动行走底盘2的前部，该两个消防排烟机21的端面相向安装，其导风罩 29的轴线在一条水平线上，并与履带式自动行走底盘2的轴线相互垂直，分别向左或右展 开收缩旋转90° ；当多核(两个以上的电机)驱动的消防排烟机21为三个时，其中的两个消 防排烟机21按上述方式安装，即两个消防排烟机21的端面相向安装，其导风罩29的轴线 在一条水平线上，并与履带式自动行走底盘2的轴线相互垂直，分别向左或右展开收缩旋 转90° ；第三个消防排烟机21安装于履带式自动行走底盘2中部，导风罩29端面与地面 平行，其轴线垂直与地面，向上旋转90° ；两个或三个消防排烟机21通过展开旋转轴35展 开后，各导风罩29的端面在同一水平面上。上述的两个或三个独立的多核(两个以上的电机)驱动的消防排烟机21中，当其数 量为两个时，则两个消防排烟机21风扇28的扇叶旋向应相反，但两个消防排烟机21的排 风或吸风方向应全部一致；当为三个时，其中两个旋向相同，另一个与之相反，但所有消防 排烟机21的排风或吸风方向应一致；风扇28的扇叶的旋向通过改变电机的电流方向来实 现。结合图7，本发明组合式自动爬楼消防排烟机器人的紧急喷射自保装置4包括自 带气压的超细干粉瓶46、管路47和超细干粉喷射装置48，超细干粉瓶46固定安装于支撑 底盘7上，并通过管路47与超细干粉喷射装置48相连，而超细干粉喷射装置48安装在俯 仰板36的上部；当自动爬楼消防排烟机器人在火灾现场遭遇紧急情况时，可喷射超细干粉 或干粉包以便自保。关于冷气溶胶
(1)粒径不大于5um的干粉称为超细干粉，通称冷气溶胶。大量的灭火试验表明冷气溶 胶的灭火效率是哈龙灭火剂的3 5倍，七氟丙烷灭火剂的8倍，CO2灭火剂的10倍，其最 低灭火浓度为彡70g/m3。
( 2 )采用干粉喷射装置，以“气一粉”射流方式将超细干粉灭火剂射出，形成冷气溶 胶灭火剂射流。冷气溶胶的密度与空气接近，具有可压缩性、流动性、弥散性等气体灭火剂 的典型特点，可快速弥漫至室内有限空间产生“全淹没”的灭火效果，使火焰在极短的时间 内熄灭；可代替补充气流进入隧道、楼房、地铁等复杂空间内将大火快速扑灭；以惰化浓度 将冷气溶胶灭火剂射入泄漏出的可燃气体中时，可抑制爆燃、爆轰的发生。(3)扑灭不宜用水的火灾，如快速扑灭有限空间内的A、B、C、D类火灾、电器火灾 及其它火灾。结合图1和图3，本发明组合式自动爬楼消防排烟机器人的控制及图像传输系统 5包括无线控制器38 (或有线控制器)、无线接收装置39、图像传输装置40、显示屏41、摄 像装置a43、摄像装置b44 ；显示屏41共有两个，安装在无线控制器38 (或有线控制器)的 顶盖上，分别用于接收和显示摄像装置a43、摄像装置b44传来的图像；无线接收装置39分 别与驱动器10、执行电机16、水泵24、两个或三个展开驱动电机32、俯仰驱动电机45、电机 27、干粉瓶46上的阀门、摄像装置a43、摄像装置b44连接；而一个摄像装置a43安装在支 承底盘7前端下部用于观察道路情况，另一个摄像装置b44安装在支承底盘7后顶部，并由 可升降装置控制，用于观察现场情况；当需要观察火场及周边情况时，首先按下无线控制器 38上按钮，无线接收装置39会自动开启相应的摄像装置并对其进行角度及焦距控制，而摄 像装置a43、摄像装置b44将所拍的画面会通过图像传输装置40传给显示屏41 ；摄像装置 是由红外线摄像头、冷光源高效照明灯、小型强力风扇构成，具有驱雾、照明、透视之功能， 可实现火场侦察。本发明组合式自动爬楼消防排烟机器人具体使用过程如下。首先开启组合式自动爬楼消防排烟机器人1的电源开关，使履带式自动行走底盘 2上的蓄电池组6给组合式自动爬楼消防排烟机器人1供电，然后按下无线控制器38上的 相应按钮，无线接收装置39收到信号后将相关命令传给履带驱动系统8上的驱动器10，根 据命令需要驱动器10开启自身电机并将其产生的动力通过减速器11后分别传至左右履带 驱动轮12上，并通过左右履带驱动轮12上的外齿驱动左右履带15以相应的速度前进或后 退，而左右履带15是绕着由左右履带驱动轮12、左右压轮14和左右连杆13所组成的外轨 迹线前后运动的，从而使左右履带15克服地面摩擦力带动组合式自动爬楼消防排烟机器 人1前进或后退；而组合式自动爬楼消防排烟机器人1行走的速度是由驱动器10内的两个 驱动电机的运转速度来决定的，当其运转速度有差异时即会使消防排烟机器人转向，如果 速度相同而运转方向相反时，组合式自动爬楼消防排烟机器人1即会绕着中心原地转向； 当需要上下楼梯时，按下无线控制器38上用于控制稳定及防倾翻机构9的相应按钮，无线 接收装置39收到信号后自动驱动稳定及防倾翻机构9上的执行电机16并使支撑体17绕 着转轴19旋转，进而带动滑动支撑18放下与地面接触，并可随机器人一起滑行，当出现意 外情况时支撑体17通过可转动的滑动支撑18与地面完全接触，从而防止履带式自动行走 底盘2发生倾翻。当到达指定位置后，需要使展开收缩机构20和俯仰机构22工作并开启消防多核 (两个以上的电机)驱动的消防排烟机21进行驱除有毒、有害烟雾时，按下无线控制器38上 相应的控制按钮，无线接收装置39会根据接收到的指令使展开驱动电机32运转从而带动 展开减速齿轮33，并使旋转支撑34绕展开旋转轴35旋转90度，从而实现其展开功能(收拢时只需反向操作即可)；当需要进行俯仰操作时，无线接收装置39会开启俯仰驱动电机45 并使其运转，同时将动力传俯仰减速齿轮42从而使俯仰板36绕着俯仰旋转轴37上下俯仰 旋转，进而使组合式消防排烟装置3随之旋转。当无线接收装置39收到开启多核(两个以上的电机)驱动的消防排烟机21的信号 时，会根据要求开启安装在导风罩29上的电机27，并通过皮带52将电机27的动力经皮带 轮51传递给安装在支架上的输出轴50，并经固定安装机构49带动风扇28运转，从而将空 气吸入导风罩29形成气流，并从帯有收敛形通道喷口的导风罩29喷出，同时水泵24将水 箱23内的水吸入并加压进入供水管25和环形喷管30，最后由超细水雾喷嘴31喷入导风罩 29内，并与导风罩29内的气流切割碰撞形成超细水雾喷出。当遇到组合式自动爬楼消防排烟机器人1被火焰包围的紧急情况时，按下无线控 制器38上的紧急喷射自保装置4的控制按钮，无线接收装置39收到信号后会自动开启干 粉瓶46上的阀门，干粉瓶46内的超细干粉在压缩气体的压力驱使下，将超细干粉或干粉包 经管路47由干粉喷射装置48喷出，从而使消防机器人周围的火焰快速熄灭，为消防机器人 的脱困赢得宝贵的时间。当需要观察火场及周边情况时，可启动控制及图像传输系统5，首先按下无线控制 器38上相应按钮，无线接收装置39会自动开启相应的摄像装置a43、摄像装置b44并对其 进行角度及焦距控制，摄像装置a43、摄像装置b44将所拍的画面会通过图像传输装置40传 给显示屏41。根据经验及实验所知，以下相关参数能获得很好的实施效果 导风罩出口处的风速不小于50m/s ；
超细水雾的平均粒径< ΙΟΟμπι 机器人的行走速度为5 — 7km/h 机器人的爬坡度为不小于35° 超细干粉的平均为5 - 15微米 超细干粉喷射率为2 - 3kg/s。
1权利要求
一种组合式自动爬楼消防排烟机器人，其特征在于，包括履带式自动行走底盘(2)、组合式消防排烟装置(3)、紧急喷射自保装置(4)、控制及图像传输系统(5)，所述的履带式自动行走底盘(2)作为载体，将组合式消防排烟装置(3)、紧急喷射自保装置(4)、控制及图像传输系统(5)固定在履带式自动行走底盘(2)上面；所述的履带式自动行走底盘(2)包括蓄电池组(6)、支承底盘(7)、履带驱动系统(8)和稳定及防倾翻机构(9)，蓄电池组(6)安装在支承底盘(7)上；所述的履带驱动系统(8)包括驱动器(10)、减速器(11)、左右履带驱动轮(12)、左右连杆(13)、左右压轮(14)、左右履带(15)，所述的驱动器(10)、减速器(11)、左右压轮(14)均固定安装在支承底盘(7)上，所述驱动器(10)与减速器(11)相连，该减速器(11)与左右履带驱动轮(12)相连，左右履带驱动轮(12)上的外齿驱动左右履带(15)，该左右压轮(14)通过左右连杆(13)与左右履带驱动轮(12)相连，从而使左右履带(15)张紧安装；所述的稳定及防倾翻机构(9)是一个可升降装置，包括带减速器的执行电机(16)、支撑体(17)、转轴(19)和能够转动的滑动支撑(18)，所述的执行电机(16)上下两端分别与支承底盘(7)和支撑体(17)铰接，所述的支撑体(17)上端通过转轴(19)与支承底盘(7)铰接安装，所述的支撑体(17)下端铰接于与滑动支撑(18)上，该滑动支撑(18)与地面滑动接触，并可随履带式自动行走底盘(2)同步行走。
2.根据权利要求1所述的组合式自动爬楼消防排烟机器人，其特征在于，所述的组合 式消防排烟装置(3)包括两个或三个展开收缩机构(20)、两个或三个多核驱动的消防排烟 机(21)和俯仰机构(22)；所述的每个多核驱动的消防排烟机(21)包括水箱(23)、水泵(24)、供水管(25)、支架 (26)、电机(27)、风扇(28)、导风罩(29)、环形喷管(30)、超细水雾喷嘴(31)、皮带轮(51)、 皮带(52)、输出轴(50)、固定安装机构(49)，所述的电机(27)的数量为两个以上，对称固定 安装在导风罩(29)外壳上，并通过皮带(52)分别或同时驱动输出轴(50)上的皮带轮(51)， 该皮带轮(51)是固定安装在输出轴(50)上，而风扇(28)通过固定安装机构(49)固定在输 出轴(50)的另一端，输出轴(50)通过轴承安装在支架(26)上，该支架(26)固定安装在导 风罩(29)内壁，并与导风罩(29)成为一个整体，在导风罩(29)的尾端装有带两个或两个以 上超细水雾喷嘴(31)的环形喷管(30)；所述的水箱(23)和水泵(24)固定于支承底盘(7) 上，并通过供水管(25)与环形喷管(30)上的超细水雾喷嘴(31)相通；所述的每个展开收缩机构(20)包括展开驱动电机(32)、展开减速齿轮(33)、旋转支撑 (34)、展开旋转轴(35)，该减速齿轮(33)与展开驱动电机(32)上的齿轮相互啮合，展开驱 动电机(32)的旋转轴一端与支架(26)铰接，另一端与俯仰板(36)铰接，支架(26)与旋转 支撑(34)固定连接，该旋转支撑(34)和展开旋转轴(35)铰接安装于俯仰板(36)上；所述的俯仰机构(22)包括俯仰板(36)、俯仰旋转轴(37)、俯仰减速齿轮(42)、俯仰驱 动电机(45 )，该俯仰板(36 )上铰接安装有两个或三个展开收缩机构(20 )、两个或三个排烟 机(21)，该俯仰板(36)下部通过俯仰旋转轴(37)与支承底盘(7)相连，所述的俯仰减速齿 轮(42)与俯仰驱动电机(45)上的齿轮相互啮合，该俯仰驱动电机(45)的两端分别铰接于 俯仰板(36 )和支承底盘(7 )上。
3.根据权利要求2所述的组合式自动爬楼消防排烟机器人，其特征在于，当多核驱动 的消防排烟机(21)为两个时，该两个消防排烟机(21)安装在履带式自动行走底盘(2)的前 部，两个消防排烟机(21)端面相向安装，并且与导风罩(29)的轴线在一条水平线上，并与履带式自动行走底盘(2)的轴线相互垂直，分别向左或右展开收缩旋转90° ；当多核驱动 的消防排烟机(21)为三个时，其中的两个消防排烟机(21)安装在履带式自动行走底盘(2) 的前部，两个消防排烟机(21)端面相向安装，并且与导风罩(29)的轴线在一条水平线上， 并与履带式自动行走底盘(2)的轴线相互垂直，分别向左或右展开收缩旋转90°，第三个 消防排烟机(21)安装于履带式自动行走底盘(2)中部，导风罩(29)端面与地面平行，其轴 线垂直与地面，向上旋转90° ；两个或三个消防排烟机(21)通过展开旋转轴(35)展开后， 各导风罩(29)的端面在同一水平面上。
4.根据权利要求2所述的组合式自动爬楼消防排烟机器人，其特征在于，所述的两个 或三个的多核驱动的消防排烟机(21)中，风扇(28)的扇叶安装时其排风或吸风方向全部 一致。
5.根据权利要求1所述的组合式自动爬楼消防排烟机器人，其特征在于，所述的紧急 喷射自保装置(4)包括自带气压的干粉瓶(46)、管路(47)和干粉喷射装置(48)，干粉瓶 (46)固定在支撑底盘(7)上，并通过管路(47)与干粉喷射装置(48)相连，干粉喷射装置 (48)安装在俯仰板(36)的上部。
6.根据权利要求1所述的组合式自动爬楼消防排烟机器人，其特征在于，所述的控制 及图像传输系统(5)包括无线控制器(38)、无线接收装置(39)、图像传输装置(40)、显示 屏(41)、摄像装置a (43)、摄像装置b (44)；所述的显示屏(41)有两个，安装在无线控制 器(38)的顶盖上；无线接收装置(39)分别与驱动器(10)、执行电机(16)、电机(27)、水泵 (24)、两个或三个展开驱动电机(32)、俯仰驱动电机(45)、干粉瓶(46)上的阀门、摄像装置 a (43)、摄像装置b (44)连接；摄像装置a (43)安装在支承底盘(7)前端下部，摄像装置 b (44)安装在支承底盘(7)后顶部。
全文摘要
本发明公开了一种组合式自动爬楼消防排烟机器人，包括履带式自动行走底盘、组合式消防排烟装置、紧急喷射自保装置、控制及图像传输系统，履带式自动行走底盘作为载体，将组合式消防排烟装置、紧急喷射自保装置、控制及图像传输系统安装在履带式自动行走底盘上面；履带式自动行走底盘包括蓄电池组、支承底盘、履带驱动系统和稳定及防倾翻机构，为组合式消防排烟装置、紧急喷射自保装置、控制及图像传输系统提供动力的蓄电池组安装在支承底盘上。本发明的组合式自动爬楼消防排烟机器人，排风量大，能够自动爬楼，具有自保、洗消及中和有毒气体的功能，可满足消防灭火和应急救援等不同环境下对强气流的需要。
文档编号G08C17/02GK101961533SQ20101029660
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘典, 程尤佳 申请人:陕西银河消防科技装备有限公司