一种适用于变电站的具有自动充电的智能消防机器人的制作方法

本实用新型涉及通信技术领域，尤其是涉及一种适用于变电站的具有自动充电的智能消防机器人。

背景技术：

随着社会经济的发展，大量变电站的投用，变电站消防问题也渐渐凸显出来。变电站内存在的高电压、大电流生产设备，随着设备服役年限的增加易因设备故障、绝缘老化、过载过流、自燃或外界因素等引发火灾，轻则损毁设备，重则导致电力供应中断，对社会生产、生活造成负面影响。目前，变电站的消防设施主要有火灾自动报警系统、排油注氮灭火系统、细水雾灭火系统、防火封堵及少量的移动式消防系统等，少数极重要的功能区则配置有自动灭火装置及视频监控系统，但是这些消防设施主要在重要的功能分区才安装，现有的移动式消防系统均存在承载能力弱，反应、移动速度慢，自身安防系统不到位等情况。为此，本文针对变电站内工作场所，设计一种能够自主巡检、自主充电、承载能力强、反应速度快、运动稳定且带防碰撞系统的移动式智能消防机器人来提高变电站对早期火灾的防控水平。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有消防机器人的不够智能化的问题，目的在于通过设计一种能够自主巡检、自主充电、承载能力强、反应速度快、运动稳定的移动式智能消防机器人，解决消防机器人的不够智能化的问题.

本实用新型通过下述技术方案实现：

1.一种用于高压变电站的具有自动充电的智能消防机器人，包括机器人本体，还充电装置、灭火装置和自主导航装置；所述灭火装置从机器人的上端嵌入，所述摄像头云台从机器人本体的正面嵌入，所述摄像头云台包括可视化摄像头与红外摄像头，能够为操作者提供视野及在自主巡航过程中提供自主寻火功能；所述自主导航装置固定安装在机器人本体的外壁上；所述充电装置包括：充电桩、红外发射器、红外接收器、充电弹片和充电端口；所述红外发射器安装在机器人本体的背部，所述充电桩设置在机器人本体的后方位置，所述充电桩的侧面安装红外接收器和充电弹片，消防机器人在检测到电池电量过低时，自主寻找充电桩，充电弹片与充电接口连接进行电能传输。

进一步，所述灭火装置包括dn64接口、水箱、增压泵和水炮云台，所述水箱一端通过dn64接口与外部水源连接，所述水箱的另一端与增压泵的进水端连接，增压泵的出水端连接水炮云台，一旦出现火情，可以通过dn64接口外接水源，实现长时间工作，所述水炮云台主要由喷水组件构成，在增压泵的作用下，喷水组件能够喷出具有绝缘性的细水雾。

进一步，所述自主导航装置包括主机、激光雷达、超声波雷达、九轴姿态传感器、前摄像头和后摄像头；所述主机和九姿态传感器安装在机器人本体顶端位置，所述激光雷达、前摄像头和超声波雷达安装在机器人本体正面，所述后置摄像头安装在机器人本体背部。

进一步，还包括动力装置，所述动力装置安装在机器人本体的底部。

进一步，所述机器人本体的外壁还安装有声光报警器。

进一步，在机器人本体的背部还设置有紧急制动系统，紧急制动系统包括开关按键、电池信息显示板、急停按钮和外接电源口；所述开关按键、电池信息显示板、急停按钮和外接电源口固定安装在机器人本体的背部。

进一步，还包括手动遥控模块；所述手动遥控模块包括接收器、遥控器和天线，所述接收器安装在机器人本体的顶部，所述天线安装在机器人本体的侧面。

进一步，机体的外壁还固定安装有温湿度传感器，所述温湿度传感器能够提供环境信息，有利于操作者预判火警信息。

进一步，所述机器人本体的正面还固定安装有前视野摄像头和前置补光灯为操控者在光线不好的情况下提供视野。

进一步，所述机器人本体的背面还固定安装有后视野摄像头和后置尾灯，为操控者在光线不好的情况下提供视野。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型相对比现有技术的现有机器人不可以单独使用、需要手动充电和无法自主巡检等缺陷，本发明正式的通过增加自主导航装置，通过机器人本体上的各种传感器实现自主到导航、避障，规划路线，设置站点等功能。细水雾装置，通过大功率增压泵，将水增压至细水雾喷头，水将被压缩至100um直径以下的绝缘颗粒，不会对电气设备造成损坏，遥控装置，包括发射机与遥控器，遥控器接收并显示机器人的图像及各种传感器信息，也可以人工操作发出命令，机器人接收命令执行相应的操作，解决了机器人不够智能化的问题，一旦出现火情，可以外接电源与水源，实现长时间工作，可以实现自主巡航，自主充电，承载能力强，反应速度快，运动稳定等一系列强大的功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型第一视角结构示意图。

图2为本实用新型第二视角结构示意图。

图3为本实用新型局部放大结构示意图。

图4为本实用新型遥控器结构示意图。

图5为本实用新型遥控器结画面示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1.充电装置；1-1.红外接收器；1-2.充电桩；1-3.充电弹片；1-4.红外发射器；1-5.充电端口；

2.自主导航装置；2-1.九轴姿态传感器；2-2.包括主机；2-3.激光雷达；2-4.超声波雷达；2-5.前摄像头；2-6.后摄像头；

3.灭火装置；3-1.dn64接口；3-2.水炮云台；3-3.水箱；3-4.增压泵；

4.手动遥控模块；4-1.接收器；4-2.天线；4-3.遥控器；

5.声光报警器；6.摄像头云台；7.前视野摄像头；8.前置补光灯；9.后视野摄像头；10.急停按钮；11.外接电源口；12.开关按键；13.电池信息显示板；14.后置尾灯；15.温湿度传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例一：

如图1所示，本实用新型一种用于高压变电站的具有自动充电的智能消防机器人，包括机器人本体，还充电装置1、灭火装置3和自主导航装置2；所述灭火装置3从机器人本体的,上端嵌入，所述摄像头云台6从机器人本体的正面嵌入，所述摄像头云台6包括可视化摄像头与红外摄像头，能够为操作者提供视野及在自主巡航过程中提供自主寻火功能；所述自主导航装置2固定安装在机器人本体的外壁上；所述充电装置1包括：充电桩1-2、红外发射器1-4、红外接收器1-1、充电弹片1-3和充电端口1-5；所述红外发射器1-4安装在机器人本体的背部，所述充电桩1-2设置在机器人本体的后方位置，所述充电桩1-2的侧面安装红外接收器1-1和充电弹片1-3，消防机器人在检测到电池电量过低时，自主寻找充电桩1-2，充电弹片1-3与充电端口1-5连接进行电能传输。

进一步，智能消防机器人在充电桩1-2位置充电，人工操作遥控器4-3发出自动导航指令，机器人停止充电，并且主机2-2按照规划路线自动导航至各个站点，每个站点将停留检测一段时间，并且自主移动过程中，摄像头云台6会实时监视，云台会上下180度，左右180度旋转，记录温度，如果发现超高温度，声光报警器5将发出声光警报，请参考图4和图5，然后通过天线4-2将实时画面传输至遥控器4-3，请参考图3，并且自动将水炮云台3-2对准火源中心，打开增压泵3-4喷出细水雾灭火，此时可以外接电源与水源进行持续性的灭火工作，控制初期火灾蔓延，如果没有出现险情，将循环进行巡视，直至消防机器人系统检测到电池电量过低，机器人将寻找最短路径，返回至充电桩1-2充电，充电完成后继续重复上述过程。

可选地，机器人包括本体的外壳可采用轻便，耐热的材质，降低整体体重，使得供电电池供电时间更持久，进一步提高工作效率。

可以理解，消防机器人通过自主巡检、自主寻火、迅速移动到火场附近、快速灭火等程序，实现了高效灭火，基于自主导航装置进行自动巡检的机器人，承载能力强、移动速度快、调整迅速、运动稳定、能源利用率高；采用灭火装置对突发火灾进行快速细水雾灭火，控制初期火灾蔓延，为救援工作赢得了时间，该系统加强了早期火灾防范和扑救，更有效地改善了变电站的消防安全状况。

实施例二:

本实用新型一种用于高压变电站的具有自动充电的智能消防机器人，请参考图2所示，所述激光雷达2-3测距模块设置在机器人本体前段云台上，所述超声波雷达2-4对称安装在车体前置补光灯8下侧，所述激光雷达2-3发射波到物体上后，从物体反射回，被激光雷达2-3的接收器主机2-2接收，通过记录时间差，可以计算消防机器人与参考作业面的距离信息，激光雷达2-3的测距范围大于超声波雷达2-4的测距范围。

为了防止激光雷达2-3被移动的物体干扰分析路径，所述设置超声波雷达2-4，超声波雷达2-4系统的基本原理，是利用传感器内的超声波传感器发射出40khz的超声波，由接收传感器接收经障碍物反射回来的超声波，根据超声波反射接收的时间差，由中央处理器处理换算成距离，超声波雷达系统中，传感器发射40kh的超声波，接收的主要还是40khz的信号，在实际使用环境空间中会存在同频或倍频发射信号，这样如果处理不当，就会误判，影响系统的正常工作，减低系统的可靠性。一般除了采用硬件滤波外，通常还需进行软件滤波处理。以去除干扰信号，大幅度降低误判。超声波雷达的有效检测距离0-300cm。

定位模块，用于对消防机器人自身的定位及定位校准，并将定位信息传送至主机2-2的中央处理模块。

在一些实施例中，所述gps模块安装在消防机器人主机28上，通过433mhz频率与差分gps基站进行通信，通过差分定位法修正gps信息，能够保持定位误差在5厘米的范围内。

在一些实施例中，所述定位模块可通过解析nmea协议来获得经纬度、高度、时间等信息。

电机控制模块，用于驱动电机、采集测速编码器信息，并将测速编码器信息传送至主机2-2的中央处理模块。

在一些实施例中，所述电机控制模块包括电机驱动模块、测速编码器，测速编码器安装在电机上和测速轮上；测速轮上的测速编码器通过与电机上的测速编码器进行转速比较来判断消防机器人是否处于打滑状态，并采集实际移动速度信息。

激光雷达云台2-3，用于保持激光测距模块处于水平状态、调整激光测距模块在水平面上的方向。

九轴传感器模块2-1，用于采集消防机器人的姿态角及航向，并将姿态角信息及航向信息传送至主机2-2的中央处理模块。

在一些实施例中，所述九轴传感器模块2-1解析消防机器人姿态角，并利用姿态角进行航向信息的倾角补偿。

主机2-2的中央处理模块，用于根据消防机器人与参考作业面的距离信息、定位信息和测速编码器信息，实时绘制所在作业区域的地图信息且进行路线规划，并通过调整电机转速和方向来达到自主导航的作用。

在一些实施例中，所述中央处理模块接收距离信息、定位信息和测速编码器信息；中央处理模块通过信息融合技术，进行自主作业路线规划。

在一些实施例中，实现自主导航的功能步骤如下：

步骤1，获取消防机器人与参考作业面的距离信息，并将距离信息传送至中央处理模块。

在一些实施例中，通过激光雷达的照射与反射，利用三角测量法，可计算出消防机器人与参考作业面的距离。

步骤2，获取消防机器人定位信息及校准定位，并将定位信息传送至中央处理模块。

在一些实施例中，利用差分gps技术，gps模块通过与邻近标准基站的通信，获得当地误差修正量，修正后提高gps信息的精准度。

步骤3，获取消防机器人的姿态角信息及航向信息，并将姿态角信息及航向信息传送至中央处理模块。

在一些实施例中，通过获取三轴加速度分量、磁场分量，即可通过算法计算出姿态角信息和航向信息。

步骤4，保持云台上的激光测距模块2-3处于水平状态。

在一些实施例中，利用六轴传感器获得激光测距模块的姿态角信息，通过调整三轴云台的角度，使激光测距模块处于水平面上。

步骤5，获取消防机器人的电机转速信息及实际移动速度信息，并将电机转速信息及实际移动速度信息传送至中央处理模块。

在一些实施例中，测速轮上的测速编码器通过与电机上的测速编码器进行转速比较来判断消防机器人是否处于打滑状态，并采集实际移动速度信息。

步骤6，根据测距距离信息及定位信息，实时绘制作业区域的地图信息。

在一些实施例中，采用数据融合技术，把gps坐标与消防机器人周围的作业环境进行结合，绘制作业区域地图。

步骤7，根据地图信息，进行路线规划。

在一些实施例中，在已有作业区域地图的基础上，优化作业路线。

步骤8，根据电机转速信息及实际移动速度信息，进行自主导航。

在一些实施例中，通过电机转速信息及实际移动速度信息的反馈，不断修正速度和航向，减少实际路线与规划路线之间的误差。

实施例三：

请参考图2，利用电压检测模块实时检测机器人的电池电压状态，并生成电压信号送给主机2-2中央处理器模块；主机2-2中央处理器模块根据电压信号判断电池电压值是否低于设定值，当低于时，主机2-2中央处理器模块生成充电请求信号，并通过红外发射器1-4无线发送至红外接收器1-1；机器人和充电桩1-2通过超声红外传感器计算出充电桩1-2与机器人间的相对位置，以及障碍物的信息；机器人根据与充电桩1-2的位置和障碍物的位置，进行移动，实现自动充电。

进一步，本发明所述的机器人自动充电实现方法只需要使用到红外发射装置1-4、红外接收装置1-1两种传感器，即可获得消防机器人相对于充电桩1-2的空间坐标，使用空间坐标信息，可以快捷简便地朝向充电桩移动。

可以理解，在短距离内红外传感器的精度十分之高，可以保证机器人充电触点与充电桩1-2衔接；并且红外传感器相对于其他用于定位的传感器价格有着十分明显的优势，可以大幅度降低机器人的成本。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。