一种无人机与避难层消火栓智能接驳灭火系统及控制方法

本发明涉及特种消防，具体涉及一种无人机与避难层消火栓智能接驳灭火系统及控制方法。

背景技术：

1、随着城市化进程加速，高层建筑数量急剧增长，其消防应急救援面临严峻挑战，高层建筑内部竖井与管网密布，火灾发生时极易诱发强烈的“烟囱效应”，导致高温烟火沿垂直通道快速蔓延；同时，高层建筑具有人员密集、垂直疏散距离长的物理特征，使得人员疏散路径与灭火内攻路线在受限空间内相互挤占，极易形成通道拥堵与救援交叉干扰。

2、现阶段针对高层建筑火灾的常规扑救方案，主要存在以下工程技术瓶颈：

3、其一，外部扑救高度与环境适应性受限，常规举高消防车的有效作业高度存在严苛的物理极限，通常仅能覆盖百米以下楼层，且其臂架展开过程高度依赖建筑外围作业面，易受风雨气象条件制约，难以对高区火点实施直接射水覆盖。

4、其二，内攻坚坚路径长且作业风险高，一线消防人员在执行内攻时，需负重逐层攀爬并人工铺设供水水带，行动耗时较长且体能消耗巨大，同时，在缺乏实时火场信息获取手段的情况下，于浓烟高温环境中贸然突进，伴随极高的人员伤亡风险。

5、其三，固定消防设施联动可靠性存在瓶颈，对于部分既有建筑，内部消防设施进入老化期，管网设备的完好率及系统联动响应的可靠性难以保障，当室内消防设施失效时，高压供水与分区保障要求难以满足，导致室外直接扑救陷入困境。

6、因此，本领域亟需一种能够突破传统举高装备物理边界、降低一线救援人员高危暴露风险，并能快速建立稳定高空流体传输通道的自动化空地协同灭火系统，以有效解决高层火灾快速响应与流体连续压制的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种无人机与避难层消火栓智能接驳灭火系统及控制方法，用以解决传统高层火灾救援举高设备高度受限、人工内攻风险大、无人机输水管路高空接驳容错差、密封不稳且无泄压防冲击保护的问题。

2、为解决上述问题，本发明的技术方案如下：一种无人机与避难层消火栓智能接驳灭火系统，包括设于避难层的室内消防柜，在室内消防柜内设有消防栓，以及消防集成电气柜

3、所述消防栓的出水口通过室内接驳机构与室内管路机构相连接，所述消防栓的栓阀连接有栓阀旋转机构，所述室内管路机构连接有固定于避难层天花板上的管路延伸机构，在管路延伸机构的端部连接有漏斗式接驳机构，还包括与漏斗式接驳机构相对接的飞行平台机构，在避难层的墙体上设有供管路延伸机构穿过的开窗机构，还包括提供电力的电池包组件。

4、进一步，所述室内接驳机构包括固定底座，在固定底座上设有直线驱动缸，在直线驱动缸的输出轴连接有压力传感器、管路连接支架，所述管路连接支架与室内管路机构相连接。

5、进一步，所述栓阀旋转机构包括升降驱动电机，与升降驱动电机输出端连接的升降丝杠、安装于升降丝杠上的水平伸缩推杆、连接于水平伸缩推杆前端的传动减速器、以及与传动减速器输出端连接的扭矩输出套筒，所述扭矩输出套筒与消防栓的栓阀相啮合，在传动减速器内设有实时检测扭矩输出套筒的旋拧阻力矩数据的扭矩传感器。

6、进一步，所述室内管路机构包括设于管路连接支架上的与消防栓的出水口相连接的管路接驳端，还包括沿天花板布设的顶置供水管路，所述顶置供水管路通过管路固定件固定于天花板下方，所述顶置供水管路的前端向下延伸出软管段，所述软管段与管路接驳端相连接，在管路接驳端一侧、软管段上设有导向护套。

7、进一步，所述管路延伸机构包括多级机械伸缩臂、顶置导轨支撑架、伸缩臂连接支架；

8、所述顶置导轨支撑架包括固定于天花板上的垂直吊杆与倾斜加强撑杆；

9、所述多级机械伸缩臂悬挂安装于顶置导轨支撑架下方，包括一级固定外套管、滑动套装于一级固定外套管内的二级滑动中套管、以及滑动套装于二级滑动中套管内的三级末端内套管，在一级固定外套管的端部设有伸缩臂驱动电机，所述伸缩臂驱动电机输出轴连接有主动丝杠与被动丝杠，相邻套管之间通过主动丝杠与被动丝杠级联传动连接，在二级滑动中套管、三级末端内套管的端部侧壁上设有丝杠螺母。

10、进一步，所述漏斗式接驳机构与伸缩臂连接支架相连接，包括自上而下依次连接的漏斗形导向罩、上盖板、锁紧销定位基座及接驳母头底座，在上盖板内设有锁紧执行装置。

11、进一步，所述锁紧执行装置包括驱动电机、与驱动电机输出轴连接的传动齿轮、与传动齿轮啮合的凸轮大齿圈，在定位基座上设有放置凸轮大齿圈的齿圈平台，沿齿圈平台圆周均布多组楔形锁紧卡爪，在凸轮大齿圈的盘面开设有偏心曲线导向滑槽，各所述楔形锁紧卡爪端部设有导向传动销，所述导向传动销滑动嵌合于导向滑槽内。

12、进一步，所述飞行平台机构包括无人机飞行平台、刚性固定于无人机飞行平台正下方的外部载荷机架、设于外部载荷机架内部的载荷舱、铰接于载荷舱底板一侧的合页、以及设于载荷舱底板另一侧的第一电控插销、第二电控插销；

13、所述载荷舱内收纳有盘绕水带，所述盘绕水带的末端连接有接驳插头，所述接驳插头的底部外周套设有弹性密封圈；

14、所述接驳插头接驳完成后，所述第一电控插销、第二电控插销在接收到锁止确认信号后解除对载荷舱底板的约束，使输水软管垂直下放。

15、进一步，所述开窗机构包括感应式电动窗，所述感应式电动窗包括窗框、窗体、固定窗玻璃、窗体驱动电机、窗体联动拉杆及铰链；

16、所述窗体驱动电机固定安装于窗框侧边，其输出轴通过窗体联动拉杆与窗体连接，驱动窗体绕铰链向外翻转开启。

17、一种基于一种无人机与避难层消火栓智能接驳灭火系统的控制方法，包括以下步骤：

18、s1、火情唤醒：消防集成电气柜接收火警信号后启动整机，同步向室内接驳机构、栓阀旋转机构、开窗机构、管路延伸机构、飞行平台机构下发联动控制指令；

19、s2、室内管路预对接与开窗伸臂：室内接驳机构的直线驱动缸推送管路接驳端插接消防栓出水口，开窗机构的窗体驱动电机带动窗体外翻开启，管路延伸机构的伸缩臂驱动电机驱动主动丝杠、被动丝杠传动，多级机械伸缩臂穿过窗体向外伸出，将漏斗式接驳机构推送至建筑外侧；

20、s3、高空接头投放与锁紧密封：飞行平台机构升空至指定区域，第一电控插销、第二电控插销解锁载荷舱底板下放接驳插头，漏斗形导向罩收纳接驳插头后，锁紧执行装置的驱动电机带动凸轮大齿圈旋转，楔形锁紧卡爪同步向心夹持接驳插头，利用楔面挤压弹性密封圈形成径向轴向复合密封，无人机收到锁止信号后完全释放盘绕水带；

21、s4、高压供水灭火：栓阀旋转机构的升降丝杠与水平伸缩推杆调节扭矩输出套筒啮合消防栓栓阀，扭矩传感器实时采集旋拧力矩自适应调节输出，平稳开启栓阀，高压水流依次经管路接驳端、软管段、顶置供水管路、多级机械伸缩臂内部管路、漏斗式接驳机构、盘绕水带输送至无人机端喷射灭火；

22、s5、泄压互锁撤收复位：灭火完成后，栓阀旋转机构优先关闭消防栓栓阀，压力传感器持续监测管路水压，待压力降至安全阈值后锁紧执行装置反转解锁楔形锁紧卡爪，无人机回收盘绕水带降落，多级机械伸缩臂逐级收回，开窗机构窗体闭合，室内接驳机构脱离消防栓出水口，全系统设备运行状态数据经消防集成电气柜物联网模块上传完成复位。

23、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

24、通过部署室内接驳机构、管路延伸机构及漏斗式接驳机构，将消防出水作业面由地面转移至建筑避难层，打通了室内消火栓至建筑外部悬空区域的物理连通链路。多级机械伸缩臂与自动开窗机构的同步联动设计，使系统能够主动穿越建筑外立面构建跨域通道，突破了常规举高消防车百米级作业高度的物理极限，实现了对高区火点的直接射水覆盖。

25、飞行平台机构将接驳插头下放至漏斗式接驳机构，经楔形锁紧卡爪径向刚性锁止及弹性密封圈复合密封后，电控插销解除约束释放盘绕水带，该设计使无人机摆脱了带压水带的物理硬性绑定，在保障高压灭火流体连续稳定输送的同时，有效提升了飞行平台的动力冗余、空载续航能力与抗风稳态性能。

26、面对高空阵风导致的位姿漂移，漏斗形导向罩采用大包络面积设计，放宽了无人机下放水带的空间容差；锁紧执行装置采用“凸轮大齿圈-偏心曲线导向滑槽-楔形锁紧卡爪”的机械传动架构，将旋转力矩转化为高效的径向直线推力，通过楔面配合同时产生轴向压紧力，挤压弹性密封圈构建径向与轴向约束的复合密封结构，保障高压管路在极端工况下的可靠连通与流体连续输送。

27、系统采用火情唤醒-室内预对接-开窗伸臂-高空投放-锁紧密封-高压供水的全自动化时序控制，各机构同步联动，大幅压缩了从接警到出水的响应时间，相较于传统人工内攻需逐层攀爬铺设水带的作业模式，实现了避难层固定消防设施与无人机高空作业平台的快速协同对接，显著提升了高层初期火灾的快速响应与持续压制能力。