РОБОТ ПОЖАРНЫЙ

Полезная модель относится к противопожарной технике, применяемой при тушении и локализации лесных пожаров. Изобретение также относится к конструкции роботов, предназначенных для ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Борьба с лесными пожарами является одной из важнейших задач лесного хозяйства России. Более 90% лесных пожаров являются низовыми. Верховые и торфяные пожары также начинаются с низовых, в связи с этим разработка новых технологий тушения и локализации низовых пожаров различной интенсивности повышает эффективность системы охраны лесов и поэтому весьма актуальна.
Известно множество патентов на роботизированную технику для борьбы с пожарами. Например, к ним можно отнести следующие патенты США US 2360397 A, US 3724554 A, US 3762478 A, US 4420047 A, US 4678041 A, US 4709773 A, US 5836398 A, US 5860479 A, US 6263989 B1, US 6289995 B1, US 6604021 B2, US 7182144 B2, US 7264062 B1, US 7283057 B2, US 7332890 B2, US 7478817 B1, US 7631700 B1.
Одним из первых патентов, в котором описана система пожаротушения, включающая в себя множество дистанционно управляемых транспортных средств со средствами пожаротушения, можно считать патент US 3724554 A «Fire fighting system» выданный еще в 1971 году. Система включала множество роботов двух типов, которые выстраивались в организованную линию и синхронно воздействовали на фронт лесного пожара струями воды и водовоз душной смеси. В систему также входили транспортные и вспомогательные средства для подачи воды к тушащим машинам.
Примерно в то же время в США было запатентовано дистанционно управляемое противопожарное гусеничное транспортное средство (патент US 3762478 A, 1972 г. «Remote controlled hazard-fighting vehicle))), на котором была установлена подвижная башня с пожарным лафетом, к которому прикреплялся гибкий шланг, соединенный с удаленным источником жидкости. Противопожарное средство было оснащено портативным передатчиком и приемником для управления движением и перемещением башни и пожарного лафета и по существу являлось первым запатентованным пожарным роботом.
Развитием этого направления стала «Автомобильная система пожаротушения» по патенту US 5836398 A, выданному в 1994 году, которая включала в себя транспортное средство с множеством смонтированных двигателей, систему защиты огня, систему аварийного пожаротушения и систему дистанционного управления. Это устройство было оснащено вращающимся режущим элементом и средством для распыления химического антипирена. Система управления устройством включала видео-, радиолокационные и инфракрасные датчики. Используя вращающиеся режущие элементы, автомобиль продвигался вдоль линии огня, разрушая и вырезая горящую растительность. После вырезания горящая растительность отбрасывалась обратно к огню с помощью воздушной струи. Таким образом, по мере того, как система пожаротушения продвигалась вдоль линии огня, создавался противопожарный разрыв, который был лишен горючего материала.
В России для борьбы с лесными и техногенными пожарами используется следующая роботизированная техника.
1) Робототехнический комплекс «КЕДР» (разработан ФГБУ ВНИИПО МЧС России).
Комплекс «КЕДР» включает в себя две единицы: пожарная машина, которая стоит на объекте, и насосно-рукавная машина. «КЕДР» является роботизированным гусеничным вездеходом. Пожарная машина состоит из:- унифицированного гусеничного легкобронированного шасси типа «МТЛБ-У»;
- оборудования пожаротушения;
- цистерны запаса воды и пенообразователя;
- средств видеонаблюдения, системы радиосвязи и бортовой системы управления.
2) Мобильный робототехнический комплекс «Пеликан» (разработан НПО «СИБИРСКИЙ АРСЕНАЛ», г. Новосибирск).
Роботизированная пожарная установка «Пеликан» осуществляет пожаротушение в режиме дистанционного управления направленной струей воды или пены. Для дистанционного управления установкой используется беспроводной пульт. Оператор контролирует установку визуально. Предусмотрено беспроводное управление с передвижного пульта на базе автомобиля.
Система пожаротушения робота питается от пожарного рукава, подключенного к автоцистерне или пожарному гидранту.
3) Робототехнический комплекс пожаротушения среднего класса ЕЛЬ-4.
Робот оборудован лафетным стволом, манипулятором с гидравлическим схватом и бульдозерным ножом. Управление ходовой базой, средствами пожаротушения и рабочими органами осуществляется с пульта оператора по радиоканалу. Имеющиеся на роботе видеокамеры дают обзор местности впереди, позади и по сторонам от машины.
4) Робототехнический комплекс тяжелого класса ЕЛЬ-10.
Комплекс оборудован лафетным стволом, вода и пена подается на расстояние до 60 метров. На борту комплекса имеется запас 5 тонн огнетушащего вещества. Управление роботом происходит по радиоканалу с машины управления, которая может находиться на расстоянии до 1,5 км.
Для постоянной подпитки робот может тянуть за собой рукавную линию подачи огнетушащего вещества. Робот оснащен бульдозерным ковшом-ножом и гидравлическими клещами-схватами, с помощью которых он может убирать со своего пути бревна и другие предметы массой до одной тонны.
6) Многофункциональный робототехнический комплекс пожаротушения на гусеничной базе МРТК-П "Уран-14" (разработан ОАО «766 УПТК»).
Робот оборудован пожарным стволом-монитором, который может вращаться на 360 градусов в горизонтальной плоскости и способен транспортировать запас воды.
7) Мобильная роботизированная установка пожаротушения МУПР-С-СП-Э-ИК-ТВ-УП-20(15,10) (разработана ООО «Инновационные технологии спасения»).
Робот состоит из дистанционно управляемой пожарной самоходной установки и пульта дистанционного управления и оборудован пожарным лафетом. При использовании с напорной рукавной линией робот подает в очаг пожара воду, пену или порошок.
8) Мобильная роботизированная установка газоводяного тушения МРУ ГВТ 150 (разработана ОАО «Пожтехника»).
Установка построена на гусеничном шасси высокой проходимости и снабжена клином-отвалом и газоводяной системой пожаротушения.
Управление осуществляется дистанционно по телевизионному и радиоканалам связи с выносного пульта, расположенного в автомобиле управления, или переносного пульта. Контроль за работой установки и окружающей ее обстановкой осуществляется при помощи соответствующих телекамер и датчиков.
9) Мобильная роботизированная установка «ЛУФ-60» (разработана RECHNER'S Loschsysteme GES.M.B.H и ВНИИПО).
Робот имеет гусеничную основу. Пожаротушение осуществляется с использованием ресурсов, которые подаются по пожарному рукаву либо от гидранта, либо от пожарной машины, либо от другого источника с водой.
Зарубежные пожарные роботы в целом аналогичны вышеописанным. К таким роботам можно отнести малогабаритную мобильную установку пожаротушения LUF-30, пожарный робот Magirus TAF 20, многофункциональную роботизированную пожарную машину MVF-5 от хорватской компании DOK-ING, пожарный робот «Thermite RS1-T2» компании Howe and Howe Technologies, китайский пожарный робот RXR-M40D-1, мобильный противопожарный робот Firerob, разработанный немецкой фирмой Telerob, робот-пожарный FirerobFiremote 4800 компании Ryland Research Limited (Великобритания), робот пожаротушения JMX-LT50, разработанный Научно-исследовательским институтом Министерства общественной безопасности «Шанхайский пожарный научно-исследовательский институт» (Китай).
Известны российские изобретения в области роботизированного пожаротушения.
По патенту РФ №2319530 известен роботизированный пожарный комплекс, который содержит две и более роботизированные установки пожаротушения, включающие в себя лафетный ствол с приводами вертикального и горизонтального наведения, насадок с приводом изменения угла распыливания струи и пульт управления, в котором формируются управляющие команды по наведению ствола.
По патенту РФ №2580779 известен мобильный роботизированный комплекс пожаротушения (МРКП), который состоит из ходовой части, корпуса с отсеками для силовой части, для системы пожаротушения и бортовой системы управления, а также из специального оборудования, включающего бульдозерный отвал, расположенный в передней части корпуса, лафетный пожарный ствол. При этом комплекс имеет систему дистанционного управления и видеонаблюдения, радиотелеметрии и освещения; систему самоорошения, систему тушения компрессионной пеной.
Аналогом предлагаемого робота пожарного в какой-то степени является «Remote controlled hazard-fighting vehicle» по патенту US3762478A в виде гусеничного транспортного средства, на котором установлена подвижная башня с пожарным лафетом, к которому прикреплялся гибкий шланг, соединенный с удаленным источником жидкости.
Наиболее близким к заявленному изобретению в области устройств можно считать изобретение «Smart compact indoor firefighting robot for extinguishing a fire at an early stage» по патенту США US 8973671 B2.
В этом патенте описан робот пожаротушения, включающий роботизированную платформу, имеющую теплоизоляцию с системой охлаждения, множество электродвигателей, установленных на роботизированной платформе, множество передач, приводимых в действие множеством двигателей, управляемую видеокамеру, установленную на роботизированной платформе, вычислительные средства, запрограммированные для борьбы с пожарами, прибор дистанционного управления, источник питания, цистерну с водой, систему самоорошения робота водой, систему пожаротушения, включающую множество огнетушителей и поворотное устройство. Пульт дистанционного управления может отображать изображения с указанной камеры вождения и информацию от вычислительных средств робота.
Прототипом заявляемого решения является система пожаротушения по патенту US3724554A «Fire fighting system», включающая в себя множество дистанционно управляемых транспортных средств со средствами пожаротушения, транспортные и вспомогательные средства для подачи воды к тушащим машинам.
Недостатком известных пожарных роботов является отсутствие в их составе резервной емкости для воды, позволяющей осуществлять тушение возгораний без подключения внешних источников водоснабжения, огнестойких антенн, обеспечивающих резервный канал управления, а также резервного места оператора с дублирующими органами ручного управления, обеспечивающих возможность управления движением и работой робота пожарного в нештатных ситуациях.
Эти недостатки значительно снижают функциональность и живучесть робота пожарного в нештатных ситуациях, например, при повреждении антенн основного канала управления или в других случаях невозможности дистанционного управления движением и работой робота пожарного.
Следует признать, что, несмотря на большое разнообразие пожарных роботов и средств тушения пожаров, эффективного средства тушения лесных пожаров еще не существует. Подтверждением этому могут служить показатели ежегодного ущерба от лесных пожаров, которые только для России за последние пять лет колеблются в пределах от 20 до 100 миллиардов рублей ежегодно. Аналогичная ситуация наблюдается во всех странах мира, имеющих леса. Например, в конце 2017 года возник лесной пожар в штате Калифорния, США. На борьбу с огнем было направлено около 5700 пожарных. Тем не менее, всего лишь за несколько часов в предместьях Лос-Анжелеса возникли и стали быстро распространяться шесть крупных очагов пожара на территории десятков тысяч гектаров. Почти 200 тысяч жителей были эвакуированы из опасных районов. Многим пришлось бежать оттуда ночью, спасаясь от быстро движущегося огня. Пожары принесли с собой страшные разрушения - сгорели тысячи домов, уничтожена большая часть плантаций авокадо. Ущерб по разным оценкам составил порядка 270-350 млн. долларов.
Предложен Робот пожарный.
Робот пожарный предназначен для формирования и направления струи огнетушащей жидкости к месту возгорания по командам оператора. Тушение возгораний осуществляется при помощи ствола пожарного лафетного с использованием технологий дистанционного управления, исключающих нахождение людей в непосредственной близости от очага пожара.
Робот пожарный обеспечивает наведение ствола пожарного лафетного по команде оператора на горящие объекты, локализацию и тушение пожара. Робот пожарный при помощи пожарного байонетного разъема может подключаться к внешним источникам водоснабжения, а также оснащен резервной емкостью для воды.
Основные отличия заявляемого роботизированного комплекса заключаются в следующем.
1) На роботизированную платформу сверху установлен съемный огнезащитный кожух, который крепится к ней винтами с возможностью съема для технического обслуживания робота, при этом в верхней части огнезащитного кожуха установлены ствол пожарный лафетный и три складывающиеся основные антенны, а в задней части огнезащитного кожуха расположены три резервные огнестойкие антенны, при этом в передней части робота внутри огнезащитного кожуха расположены резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления.
2) Съемный огнезащитный кожух для защиты от действия огня и теплового излучения включает раму из профилированного металла, закрытую листовыми металлическими панелями, на внутренние поверхности которых нанесена огнестойкая пена толщиной 10-50 мм, на которую с внешней и/или внутренней стороны наклеен один или несколько слоев огнестойкой кремнеземной ткани толщиной 0,5-1,5 мм, причем боковые панели огнезащитного кожуха приварены к раме из профилированного металла, а верхние панели сделаны съемными с водозащитными уплотнениями и с креплениями на винтах или замках, при этом на боковых поверхностях огнезащитного кожуха имеются четыре воздухозаборных полых профиля, расположенные в местах установки двигателя робота и двигателя мотопомпы, так, что входные части воздухозаборных профилей обращены ко внутренней части двигателя пожарного робота и двигателя мотопомпы, а выходная часть выведена наружу и обращена вниз.
3) Система технического зрения включает одну поворотную курсовую видеокамеру с механизмами поворота по вертикали и горизонтали, расположенную в передней верхней части огнезащитного кожуха и четыре неподвижные видеокамеры кругового обзора, расположенные посередине каждой стороны огнезащитного кожуха, и при этом все видеокамеры соединены с блоком управления системой технического зрения с помощью соединительных кабелей и снабжены форсунками для омывающей жидкости, а блок управления системы технического зрения позволяет по команде оператора подключать к системе любую одну из пяти видеокамер.
4) Содержит складывающуюся антенну системы видеонаблюдения, складывающуюся антенну системы передачи телеметрии, складывающуюся антенну системы дистанционного управления, причем каждая складывающаяся антенна содержит механизм складывания антенны известной конструкции, соединенный с одной стороны с корпусом пожарного робота, а с другой стороны с несущим профилем антенны из стеклопластика, внутри которого размещена излучающая конструкция антенны соответствующего диапазона, при этом все антенны подключены к блоку модулей основных антенн радиосвязи.
5) Резервные огнестойкие антенны включают огнестойкую панель антенны системы видеонаблюдения, огнестойкую панель антенны системы передачи телеметрии, огнестойкую панель антенны системы дистанционного управления, причем огнестойкие панели антенн представляют собой печатную плату с фазированной антенной решеткой соответствующего диапазона, расположенную между двумя панелями из огнестойкого пеноматериала толщиной 25-50 мм, оклеенные со всех сторон 2-5 слоями огнестойкой кремнеземной тканью толщиной 0,5-1,2 мм, при этом все антенны подключены к блоку модулей резервных антенн радиосвязи.
6) Дистанционно управляемые средства пожаротушения включают мотопомпу пожарную с дистанционным управлением, П-образную резервную емкость для воды, расположенную по бокам и сзади робота, два дистанционно управляемых вентиля, расположенных на выходных патрубках мотопомпы пожарной и дистанционно управляемый переключающий клапан, расположенный на входном патрубке мотопомпы и соединенный с трубопроводом, выходящим к задней части робота и снабженный пожарным байонетным разъемом для подключения рукавов водонапорных или всасывающих для забора воды из внешних источников водоснабжения, при этом ствол пожарный лафетный, установлен в верхней части робота на огнезащитном кожухе, а система дистанционного управления в свою очередь содержит блок управления роботизированной платформой, соединенный с блоком управления навесным технологическим оборудованием.
7) Резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления включают сиденье оператора, руль с поворотной рукояткой газа, педали тормоза, ручки переключения передач, ключа зажигания, органов управления пожарным лафетом и мотопомпой, при этом сиденье оператора размещено так, что при снятой верхней панели огнезащитного кожуха, уровень глаз оператора оказывается выше верхнего уровня огнезащитного кожуха и обеспечивает возможность управления движением и работой робота пожарного.
Указанные отличия являются новыми, в указанном сочетании не встречаются в известных патентах, а это сочетание не вытекает явно из уровня техники.
Техническим результатом от использования заявляемого роботизированного комплекса является снижение опасности и трудоемкости процесса тушения за счет его роботизации.
Описание предлагаемого Робота пожарного поясняется фигурами 1-9, на которых показано устройство.
На фигурах 1-9 цифрами обозначены:
1 - роботизированная платформа
2 - огнезащитный кожух
3 - ствол пожарный лафетный
4 - антенна системы видеонаблюдения, антенна системы передачи телеметрии, антенна системы дистанционного управления
5 - рама
6 - листовые металлические панели
7 - верхние панели
8 - воздухозаборный полый профиль
9 - курсовая видеокамера
10 - видеокамеры кругового обзора
11 - антенна системы видеонаблюдения
12 - антенна системы передачи телеметрии
13 - антенна системы дистанционного управления
14 - механизм складывания антенны
15 - несущий профиль антенны
16 - излучающая конструкция антенны
17 - панель антенны системы видеонаблюдения
18 - панель антенны системы передачи телеметрии
19 - панель антенны системы дистанционного управления
20 - печатная плата с фазированной антенной решеткой
21 - панели из огнестойкого пеноматериала
22 - огнестойкая кремнеземная ткань
23 - мотопомпа пожарная
24 - резервная емкость
25 - дистанционно управляемые вентили
26 - дистанционно управляемый переключающий клапан
27 - байонетный разъем
28 - блок управления
29 - резервное место оператора
На фиг. 1 показан внешний вид робота пожарного.
На фиг. 2 показан съемный огнезащитный кожух.
На фиг. 3а) показаны антенны системы видеонаблюдения, системы передачи телеметрии, системы дистанционного управления и поворотная курсовая видеокамера.
На фиг. 3b) показаны видеокамеры кругового обзора.
На фиг. 4 показаны механизм складывания и устройство антенн.
На фиг. 5 показаны резервные огнестойкие антенны.
На фиг. 6 показано устройство огнестойкой панели антенны системы видеонаблюдения, огнестойкой панели антенны системы передачи телеметрии, огнестойкой панели антенны системы дистанционного управления.
На фиг. 7-8 показаны дистанционно управляемые средства пожаротушения.
На фиг. 9 показаны резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления.
Устройство робота.
Робот пожарный (фиг. 1) содержит дистанционно управляемую гусеничную роботизированную платформу 1, на которую установлен съемный огнезащитный кожух 2. В верхней части огнезащитного кожуха 2 установлены ствол пожарный лафетный 3 и три складывающиеся основные антенны 4 (антенна системы видеонаблюдения, антенна системы передачи телеметрии, антенна системы дистанционного управления), а в задней части огнезащитного кожуха расположены три резервные огнестойкие антенны, в передней части робота внутри огнезащитного кожуха расположены резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления.
Съемный огнезащитный кожух 2 (фиг. 2) для защиты от действия огня и теплового излучения содержит раму 5 из профилированного металла, закрытую листовыми металлическими панелями 6, на внутренние поверхности которых нанесена огнестойкая пена толщиной 10-50 мм, на которую с внешней и/или внутренней стороны наклеен один или несколько слоев огнестойкой кремнеземной ткани толщиной 0,5-1,5 мм, приваренными к раме из профилированного металла, а верхние панели 7 сделаны съемными с водозащитными уплотнениями и с креплениями на винтах или замках, при этом на боковых поверхностях огнезащитного кожуха имеются четыре воздухозаборных полых профиля 8, расположенные в местах установки двигателя робота и двигателя мотопомпы так, что входные части воздухозаборных профилей обращены ко внутренней части двигателя пожарного робота и двигателя мотопомпы, а выходная часть выведена наружу и обращена вниз
Система технического зрения робота (фиг. 3) содержит одну поворотную курсовую видеокамеру 9 (фиг. 3, а) с механизмами поворота по вертикали и горизонтали, расположенную в передней верхней части огнезащитного кожуха, и четыре неподвижные видеокамеры кругового обзора 10 (фиг. 3, b), расположенные посередине каждой стороны огнезащитного кожуха 2. Все видеокамеры соединены с блоком управления системой технического зрения с помощью соединительных кабелей и снабжены форсунками для омывающей жидкости, а блок управления системы технического зрения позволяет по команде оператора подключать к системе любую одну из пяти видеокамер.
Робот пожарный содержит складывающуюся антенну системы видеонаблюдения 11 (фиг. 3, а), складывающуюся антенну системы передачи телеметрии 12, складывающуюся антенну системы дистанционного управления 13. Каждая складывающаяся антенна содержит механизм складывания антенны 14 известной конструкции (фиг. 4), соединенный с одной стороны с корпусом пожарного робота, а с другой стороны с несущим профилем антенны 15 из стеклопластика, внутри которого размещена излучающая конструкция антенны 16 соответствующего диапазона. Все антенны подключены к блоку модулей основных антенн радиосвязи.
Резервные огнестойкие антенны включают огнестойкую панель антенны системы видеонаблюдения 17 (фиг. 5), огнестойкую панель антенны системы передачи телеметрии 18, огнестойкую панель антенны системы дистанционного управления 19. Огнестойкие панели антенн представляют собой печатную плату с фазированной антенной решеткой 20 соответствующего диапазона (фиг. 6), расположенную между двумя панелями из огнестойкого пеноматериала 21 толщиной 25-50 мм, оклеенными со всех сторон 2-5 слоями огнестойкой кремнеземной ткани 22 толщиной 0,5-1,2 мм. Все антенны подключены к блоку модулей резервных антенн радиосвязи.
Дистанционно управляемые средства пожаротушения (фиг. 7, 8) включают ствол пожарный лафетный 3, установленный в верхней части робота на огнезащитном кожухе, мотопомпу пожарную 23 с дистанционным управлением, П-образную резервную емкость 24 для воды, расположенную по бокам и сзади робота, два дистанционно управляемых вентиля 25, расположенных на выходных патрубках мотопомпы пожарной и дистанционно управляемый переключающий клапан 26, расположенный на входном патрубке мотопомпы и соединенный с трубопроводом, выходящим к задней части робота и снабженный пожарным байонетным разъемом 27 для подключения рукавов водонапорных или всасывающих для забора воды из внешних источников водоснабжения. Система дистанционного управления содержит блок управления навесным технологическим оборудованием 28.
Резервное место оператора 29 (фиг. 9) и дублирующие органы ручного управления включают сиденье оператора, руль с поворотной рукояткой газа, педали тормоза, ручки переключения передач, ключа зажигания, органов управления пожарным лафетом и мотопомпой. Сиденье оператора размещено таким образом, что при снятой верхней панели огнезащитного кожуха, уровень глаз оператора оказывается выше верхнего уровня огнезащитного кожуха и обеспечивает возможность управления движением и работой робота пожарного.
Работа Робота пожарного происходит следующим образом.
Робот пожарный к месту выполнения работ транспортируется в прицепе, либо при помощи специального транспорта. После выгрузки робота из транспорта, используя механизм складывания антенны 14, переводят в поднятое рабочее положение складывающуюся антенну системы видеонаблюдения 11, складывающуюся антенну системы передачи телеметрии 12 и складывающуюся антенну системы дистанционного управления 13.
При помощи пожарного байонетного разъема 27 робота пожарного подключают к внешнему источнику водоснабжения, заполняют резервную емкость 24 водой и, далее, робот пожарный по командам оператора своим ходом перемещается к месту выполнения работ по тушению пожара. Для ориентирования на местности оператор использует поворотную курсовую видеокамеру 9 и видеокамеры кругового обзора 10 системы технического зрения робота пожарного.
После прибытия на место выполнения работ, оператор производит наведение на место возгорания ствола пожарного лафетного 3, установленного в верхней части робота на огнезащитном кожухе 2, и включает подачу воды при помощи мотопомпы пожарной 23. За процессом тушения оператор следит с помощью системы технического зрения. При необходимости оператор в режиме реального времени может регулировать расход воды, изменять угол распыления, корректировать наводку, либо осуществлять наведение ствола пожарного лафетного 3 на другие горящие объекты.
Защиту робота пожарного от действия огня и теплового излучения обеспечивает огнезащитный кожух 2. Резервные огнестойкие антенны 17, 18, 19 обеспечивают резервный канал управления. В нештатных ситуациях, при невозможности дистанционного управления движением и работой робота пожарного, оператор, используя дублирующие органы ручного управления резервного места оператора 29, может продолжить работу в режиме ручного управления, либо эвакуировать робота своим ходом.
Борьба с лесными пожарами является одной из важнейших задач лесного хозяйства России. Более 90% лесных пожаров являются низовыми. Верховые и торфяные пожары также начинаются с низовых, в связи с этим разработка новых технологий тушения и локализации низовых пожаров различной интенсивности повышает эффективность системы охраны лесов и поэтому весьма актуальна.
Обладая рядом неоспоримых преимуществ перед известными устройствами предлагаемый «Робот пожарный» найдет самое широкое применение в практике тушения лесных пожаров.