一种高温摄像系统及消防机器人的制作方法

本发明涉及消防机器人技术领域，尤其涉及消防机器人的摄像系统。

背景技术：

消防是城市、森林防火建设的重要环节。随着技术的发展，在火灾救援的现场，消防机器人越来越广泛地用来能代替消防救援人员进入高温、有毒、缺氧、浓烟、建筑物坍塌等各种复杂的环境进行灭火、救援、侦察、数据采集等工作。

在复杂的火场环境中，消防机器人需要执行数据采集和侦察等工作。在石油、化工等场合，消防救援时需要实时监测环境中的易燃易爆、有毒气体的浓度；同时，消防机器人需要借助摄像头等传感器来观测火场环境和温度。然而，由于火场的环境温度较高，高温气体进入气体检测传感器后，可能会超过气体传感器的检测温度，从而降低气体传感器的使用寿命或损坏传感器。另外，消防机器人在喷水的过程中，摄像头的玻璃上会沾上水滴或者灰尘，从而影响摄像头的视觉效果。传统技术方案中一般采用摆动的刷式结构进行摄像头表面玻璃的清洁，这种结构可以实现较好的清洁效果，但在高温环境下清洁刷和传动结构都容易损坏，对系统在高温环境中的可靠性和小型化都产生了很大限制。

如果消防机器人想要进入火场，在高温火场中进行灭火、气体检测、侦察等任务，就需要克服高温，在高温的环境下执行气体检测、摄像头清洁等任务。对于大部分消防侦察机器人，一般需同时具备图像监控和其他检测功能，而现有的技术方案中没有将高温气体检测及摄像头清洁技术集成到一体的技术方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高温摄像装置及消防机器人，在火场或高温环境下不但能够执行摄像、高温气体检测，同时还能对摄像头进行清洁，保障拍摄画面的质量。

为实现上述目的，本发明提供的高温摄像装置，包括，摄像头组件、隔热结构、气体冷却单元，以及气体检测单元，其中，

所述气体冷却单元，其通过入气管路将高温气体进行降温后送到所述气体检测单元；

所述气体检测单元，其对气体进行检测，并将气体通过出气管路排到所述摄像头组件，对所述摄像头组件进行清洁；

所述隔热结构，其位于所述摄像头组件的外部周围，对所述摄像头组件进行隔热保护。

进一步地，还包括，设置在所述气体冷却单元和所述气体检测单元之间的气泵，对冷却后的气体压缩后送到所述所述气体检测单元中。

进一步地，所述入气管路穿过所述隔热结构，将高温气体输送到所述气体冷却单元；

所述出气管路，其穿过所述隔热结构，将来自所述气体检测单元的气体送到所述摄像头组件。

进一步地，所述摄像头组件，包括，摄像头盖板、高温镜头水冷套、高温镜头保护玻璃、玻璃压板，高温镜头和摄像头，其中，

所述摄像头盖板，其位所述高温镜头前部，通过出气管路与所述气体检测单元连接；

所述高温镜头水冷套位于所述高温镜头外部，对所述高温镜头进行冷却；

所述玻璃压板与所述摄像头盖板连接，用于固定所述高温镜头保护玻璃。

进一步地，所述摄像头盖板设有出气孔，布置在所述高温镜头保护玻璃周围。

进一步地，所述隔热结构，包括，背板，隔热层，前面板，其中，

所述隔热层位于所述背板和所述前面板之间，为所述出气管路、所述入气管路和所述摄像头组件提供隔热保护；

所述高温镜头位于所述隔热层内部；

所述隔热层位于所述高温镜头水冷套外部。

进一步地，还包括，气压传感器、温度传感器、流量计、通信模块，以及控制单元，其中，

所述气压传感器位于所述出气管路中，将采集的所述出气管路中的气压数据发送给所述控制单元；

所述温度传感器和所述流量计设置在所述气体冷却单元中，对气体的温度和流量进行监测，并将监测到的温度数据和流量数据发送给所述控制单元；

所述控制单元，其对所述摄像头组件、所述气体冷却单元和所述气体检测单元的工作进行控制，将来自所述摄像头组件的图像数据和所述气体检测单元的气体检测数据通过所述通信模块发送给远端设备。

进一步地，所述控制单元，其根据所述温度数据和所述流量数据，对所述气体冷却单元进行调节控制；根据所述气压数据控制所述气泵的工作。

更进一步地，所述控制单元，其分别将接收的所述摄像头组件和所述气体检测单元发送的图像数据和气体检测数据转发给所述远端设备；

接收所述远端设备发送的控制指令，控制所述气泵的工作，对摄像头进行清洁。

为实现上述目的，本发明还提供一种消防机器人，包括上文所述的高温摄像装置。

为实现上述目的，本发明还提供一种高温摄像系统，包括，高温摄像装置及远端设备，其中，

所述高温摄像装置将在高温环境下拍摄的图像数据及气体检测数据发送给所述远端设备，并接收所述远端设备发送的控制指令对摄像头进行清洁；

所述远端设备，其对所述图像数据及所述气体检测数据进行分析，形成控制指令并发送给所述高温摄像装置。

与现有技术相比，本发明的高温摄像装置及消防机器人，具有以下有益效果：

将高温摄像与气体检测进行融合，利用气体检测排出的压缩空气，对摄像镜头的保护玻璃进行清洁，大大降低了系统的复杂程度，保证了高温条件下系统的可靠性；

2）集成化设计，结构简单、紧凑，体积小。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1根据本发明的高温摄像装置结构示意图；

图2为根据本发明的气体冷却单元结构示意图；

图3为根据本发明的隔热结构和摄像头组件结构示意图；

图4为根据本发明的摄像头盖板结构示意图；

图5为根据本发明的高温摄像装置电原理框图；

图6为根据本发明的高温摄像系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1根据本发明的高温摄像装置结构示意图，如图1所示，本发明的高温摄像装置，包括，摄像头组件1、隔热结构2、气体检测单元3、气泵4，气体冷却单元5、进气管路6、出气管路7，以及控制单元8，其中，

隔热结构2设置在摄像头组件1的外部周围，对摄像头组件1进行隔热保护。

入气管路6穿过隔热结构2与气体冷却单元5的入气口相连接，将高温气体送入气体冷却单元5进行降温处理。

本发明的实施例中，入气管路6穿过隔热结构2，由于隔热结构的作用，使入气管路不至于过热，对入气管路6起到了保护作用。

气体冷却单元5的出气口通过输气管道与气泵4的入气口相连接，将冷却后的气体送到气泵4。

气泵4，其出气口通过输气管道与气体检测单元3的入气口相连接，用于对气体进行压缩，为气体循环提供动力，将冷却后的气体送到气体检测单元3的入气口。

气体检测单元3对冷却后的气体中的成分进行检测，并将冷却后的气体通过出气口输送给出气管路7的一端。

出气管路7的另一端穿过隔热结构2与摄像头组件1相连接，利用气体检测单元3输出的压缩气体对摄像头组件1进行清洁。

控制单元8，其分别与摄像头组件1、气体检测单元3、气泵4，以及气体冷却单元5相连接，对摄像头组件1、气体检测单元3、气泵4，以及气体冷却单元5的工作进行控制，并将采集的图像数据和气体检测数据通过通信单元上传到远端设备。

本发明实施例中，在出气管路7中，设置有气压传感器，对出气管路7中的气压数据进行实时采集，并将气压数据发送给控制单元8，控制单元8根据采集的气压数据控制气泵4实现气体的导入、压缩。

本发明实施例中，在气体冷却单元5中，设置有温度传感器和流量计，对气体的温度数据和流量数据进行实时采集，并将温度数据和流量数据发送给控制单元8，控制单元8根据温度数据和流量数据控制气体冷却单元5对气体进行冷却。

本发明实施例中，高温气体通过入气管路6进入气体冷却单元5，经过冷却后的气体进入到气泵4的入气口；气泵4不停压缩空气，产生气压；压缩气体通过输气管路进入到气体检测单元3进行气体成分的检测；气泵4将压缩气体通过气体检测单元3、出气管路7排到摄像头组件，对摄像头组件1进行清洁。

本发明实施例中，气体冷却单元5通过水冷来实现对高温气体的冷却。气体冷却单元5上设计有入水口及出水口，通过冷却液体的不断循环，保证气体冷却单元5始终保持一定的低温。气体在通过气体冷却单元5的气腔时完成降温过程。

图2为气体冷却单元50的结构图，气体冷却单元50的材质为铝合金，其内部包含液腔501和气腔504。不断循环的冷却液通过液腔入口502进入冷却单元50，并通过液腔出口503排出，在这个过程中，循环的冷却液不断地对冷却单元50进行降温，保证其始终保持一定的低温。另外，外部的高温气体通过气腔入口505进入冷却单元50，在通过气腔502的过程中，气腔502的表面对气体进行冷却，冷却后的气体通过气腔出口506排出。

图3为根据本发明的摄像头组件和隔热结构结构示意图，如图3所示，本发明的摄像头组件1位于隔热结构2内部；摄像头组件1，包括，摄像头盖板101、耐高温缠绕垫片102、高温镜头水冷套103、玻璃压板104、玻璃前缓冲垫片105、高温镜头保护玻璃106、玻璃后缓冲垫片107、高温镜头108，以及摄像头109；隔热结构2，包括，背板201、隔热层202，以及前面板203，其中，

摄像头盖板101与入气管路7通过螺纹连接。

摄像头盖板101和前面板203通过耐高温缠绕垫片102进行密封。

高温镜头108位于高温镜头水冷套103内部，高温镜头水冷套103用于对高温镜头108进行降温。

本发明实施例中，高温镜头水冷套103设计有冷却液的入口和出口，采用液冷的方式对高温镜头108进行冷却。

玻璃压板104通过螺栓与摄像头盖板101连接，以此来固定高温镜头保护玻璃106。

高温镜头保护玻璃106的两侧分别设有玻璃前缓冲垫片105、玻璃后缓冲垫片107，用于对高温镜头保护玻璃106与玻璃压板104之间的密封，并在机身受到震动或冲击时防止高温镜头保护玻璃106碎裂。

本发明实施例中，玻璃前缓冲垫片105和玻璃后缓冲垫片107的为耐高温缠绕垫片。耐高温缠绕垫片可以是以石墨和无机氧化物纤维为主体的复合材料垫片，可以保证高温下的防水密封性能，并在常温及超高温的宽温度区间内使用。

摄像头109与高温镜头108连接。

隔热层202夹在背板201和前面板203之间，为出气管路70、入气管路60、高温镜头水冷套103提供隔热。

高温镜头108位于隔热层202内部，高温镜头水冷套103位于高温镜头108和隔热层202之间，高温镜头水冷套103穿过隔热层202进行隔热，以保证高温镜头108不超过使用温度。

图4为根据本发明的摄像头盖板结构示意图，如图4所示，本发明的摄像头盖板101内部为中空设计，在其内周壁上设置有多个出气孔1011，布置在高温镜头保护玻璃106周围，作为清洁的喷嘴，将来自出气管路7的压缩气体喷射到高温镜头保护玻璃106表面，对高温镜头保护玻璃106进行清洁。

图5为根据本发明的高温摄像装置的电原理框图，如图5所示，控制单元8分别与摄像头组件1、气体检测单元3、气泵4，温度传感器51、流量计52、气压传感器71，以及通信单元81相连接。

摄像头组件1，其接受控制单元8的控制，将拍摄的高温环境下的图像数据发送给控制单元8；同时利用气体检测单元3输出的压缩气体进行自身清洁。

气压传感器71位于出气管路7中，将实时采集的出气管路7中的气压数据发送给控制单元8，控制单元8根据气压数据控制气泵4实现气体的导入、压缩。

温度传感器51和流量计52设置在气体冷却单元5中，对气体的温度和流量进行监测，并将监测到的温度数据和流量数据发送给控制单元8。

控制单元8根据温度数据和流量数据，对气体冷却单元5进行调节控制，使气体温度达到安全范围。

气体检测单元3，其接受控制单元8的控制，对经过气泵4压缩的气体进行成分检测，并将气体检测数据发送给控制单元8。

控制单元8将接收的图像数据及气体检测数据，通过通信单元81上传到远端设备。

本发明实施例中，远端设备对接收的图像数据进行分析，监测摄像头109表面是否有水珠、灰尘、异物，将监测结果形成控制指令发送给控制单元8；控制单元8根据接收到的控制指令，控制气泵4排出气体以实现摄像头表面的清洁。

本发明实施例中，高温气体通过入气管路6进入气体冷却单元5，经过冷却后的气体进入到气泵4的入气口；气泵4以电力为动力，通过电力不停压缩空气，产生气压差；压缩空气通过输气管路进入到气体检测单元3进行成分检测；气体检测单元3将压缩空气通过出气管路7排到摄像头盖板101，压缩空气通过气体喷嘴排出，而气体喷嘴布置在高温镜头保护玻璃106周围，压缩空气排出时，在高温镜头保护玻璃106形成一定的正压，从而排除玻璃表面的水滴、灰尘，或者阻止水滴和灰尘吸附到玻璃表面。

本发明实施例中，控制单元8接收远端设备的控制指令后，控制气泵4中压缩空气排出，在高温镜头保护玻璃106形成一定的正压，从而排除玻璃表面的水滴、灰尘，或者阻止水滴和灰尘吸附到玻璃表面，实现对摄像头组件的清洁。

本发明还提供一种高温摄像系统，图6为根据本发明的高温摄像系统示意图，如图6所示，本发明的高温摄像系统，包括，高温摄像装置10和远端设备20，其中，

高温摄像装置10，其在高温环境下进行图像拍摄及气体成分的检测，并将图像数据和气体检测数据发送给远端设备20；接收远端设备20的控制指令，进行清洁作业。

远端设备20，其接收高温摄像装置10发送的图像数据和气体检测数据并进行分析处理，并将处理结果形成控制指令发送给高温摄像装置10。

本发明实施例中，高温摄像装置10和远端设备20之间的数据交互，可以采用无线网络。

本发明的高温摄像装置，可以独立在火场或高温环境下进行工作，也能够安装在消防机器人中进入1000℃以上的火场或高温环境下持续正常工作，将高温摄像、高温气体检测和摄像头清洁融合在一起实现远程控制，利用气体检测排出的压缩空气，对摄像头前方的保护玻璃进行清洁。另外，系统在工作过程中，气体检测前对气体进行冷却，并且通过隔热设计，保护摄像头的镜头及输气管路，从而使系统稳定可靠地工作。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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