[發明專利]一種載人航天器艙內智能滅火機器人

有效

• 申請號: 201810475207.2
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108578931B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李宗峰;張琛
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間應用工程與技術中心
• 主分類號: A62C3/08
• 分類號: A62C3/08;A62C31/24;A62C31/05;A62C37/40
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 于國富

1.一種載人航天器艙內智能滅火機器人，其特征在于，主要包括機身主體和機械臂，所述機械臂安裝在所述機身主體上，所述機身主體包括推進器和支撐結構；

所述推進器包括主噴嘴、分布在所述機身主體上的運動噴嘴、儲氣結構和共軸雙螺旋槳；所述主噴嘴與所述共軸雙螺旋槳分別位于所述機身主體的兩側，所述儲氣結構放置于兩個氣瓶卡槽中間，所述儲氣結構包括氣瓶、膨脹室、減壓閥和多通接口，所述氣瓶通過所述多通接口與所述主噴嘴和所述運動噴嘴相連；

所述支撐結構用于支撐整個機身主體；

所述機械臂位于所述機身主體上端，采用二自由度機械臂，通過傳動裝置，當機器人自由運動時，所述機械臂收回機身主體內；當機器人開啟自鎖功能時，所述機械臂伸出機身主體來抓住艙壁上的把手來固定自身。

2.根據權利要求1所述的載人航天器艙內智能滅火機器人，其特征在于，所述氣瓶中存有液態二氧化碳，所述液態二氧化碳經所述減壓閥至所述膨脹室，氣化后通過所述多通接口供給所述主噴嘴和所述運動噴嘴；

所述主噴嘴與所述運動噴嘴均包括噴嘴頭和內置的電磁閥；

所述共軸雙螺旋槳包括槳葉和電機；

所述支撐結構由外殼、結構支架和加強板采用26面體結構構成。

3.根據權利要求1所述的載人航天器艙內智能滅火機器人，其特征在于，所述機器人還包括控制器、供電設備、傳感器、熱控結構、通信設備和電控設備；

所述控制器采用立方星載計算機和Raspberry?Pi控制器，采用ROS系統進行分布式計算；

所述供電設備是鋰電池，可由人工更換或者通過充電接口進行無線充電；

所述的傳感器包括RGB-D相機、紅外熱成像儀、激光雷達和內置于控制器中的慣性測量單元；

所述的電控設備控制整個機體的電路開關和動力驅動；

所述的熱控結構包括安裝在所述控制器、所述通信設備和所述電控設備中的散熱片；

所述的通信設備實現所述控制器、所述傳感器的所有信息與航天員上位機的傳輸與交換，向所述機器人發送指令，并備份所有信息。

4.根據權利要求3所述的載人航天器艙內智能滅火機器人，其特征在于，所述控制器、所述電控設備和所述通信設備均固定在機體內部；

所述充電接口、所述激光雷達與所述機械臂均設置于同一面板上，所述RGB-D相機、所述紅外熱成像儀與所述主噴嘴設置于同一面板上。

5.使用權利要求1-4任一所述的機器人進行滅火的方法，其特征在于，主要步驟如下：

A.在火源附近釋放所述機器人，所述機器人通過所述主噴嘴噴射二氧化碳氣體進行滅火，并與所述運動噴嘴和所述共軸雙螺旋槳共同控制所述機器人運動與姿態；

B.如果因煙霧覆蓋無法判斷火源位置時，所述機器人首先進行圖像去霧處理，然后進行以RGB-D相機和紅外熱成像儀為中心的語義場景重建；

C.利用步驟B中所述的語義場景重建得到位置信息，指導所述機器人的運動軌跡；

D.當所述機器人停止滅火時，將自動啟動返回模式，靠近艙壁扶手處，此時激光雷達開機，所述機械臂伸出，精確抓住所述艙壁扶手，動力系統關閉，所述機器人自鎖在艙壁附近，等待航天員下一步操作。

6.根據權利要求5所述的滅火方法，其特征在于，步驟A中所述主噴嘴流量控制由電磁閥開關控制，電磁閥控制所述主噴嘴流量輸出為開、關兩種狀態；

步驟B中所述的語義場景重建方法為利用由RGB、深度和熱信號組成的多模傳感器數據流作為新框架的輸入項，由擴展卡爾曼濾波融合其他慣性測量單元信號；航天員通過上位機顯示的檢測結果和數據，通過遙控手柄操縱機器人運動軌跡進行滅火；

步驟D中所述停止滅火的原因包括滅火完成、二氧化碳耗盡、所述機器人電量耗盡或者所述控制器監測到的異常狀況中的至少一項。

7.使用權利要求1-4任一所述的機器人進行艙內巡檢的方法，其特征在于，所述機器人能夠記錄航天員活動、監測實驗狀態。