浅析消防救援机器人发展和应用分析(最新版)

( 安全技术 )

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浅析消防救援机器人发展和应

用分析(最新版)

Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that people

make mistakes

浅析消防救援机器人发展和应用分析(最

新版)

1前言

从20世纪80年代初开始，我国国民经济迅速而稳步增长，各类工业得到了迅速发展，但各类危险场所的火灾以及由火灾引发的爆炸伤人事故也随之不断发生，已成为现代火灾扑救的一大难题。另外，化学危险品泄漏伴随的毒性、腐蚀性给消防人员的自身安全带来了严重的威胁，在没有对现场进行充分侦检和分析的情况下，盲目地采取行动，不仅不能取得预期的效果，而且往往会造成无辜生命的牺牲，付出惨重的代价。

2消防人员抢险救援时的弊端

目前我国消防部队在灾害现场展开抢险救援战斗时，首先要派侦查人员侦查灾害现场，了解灾害现场情况后方可作出处置决策。

由于采用人工侦察手段，必然存在下述问题：

(1)侦察小组(一般由2—3人组成)之间常用通讯绳作为联络手段，相互交流困难；

(2)消防人员在有毒、有害、缺氧、浓烟、放射性等室内外危险灾害现场进行侦察，有可能造成中毒、窒息等事故；

(3)消防人员在易坍塌建筑物、大型仓库堆垛等灾害现场进行侦察，有可能发生坠落或被坍塌物砸中，造成人身伤害事故；

(4)消防人员在进入不明情况的灾害现场时，无法事先确定所佩戴的个人防护装备和侦检设备是否安全合理；

(5)消防人员配备的便携式探测装备数量有限，无法实时定量的探测灾害现场各种数据参数；

(6)消防人员侦察到的现场情况，无法在第一时间向后方指挥员报告；

(7)由于消防人员穿着防护服装、配备防护装备，本身负荷已较重，再要进行如清障、开关阀门、抢救遇难人员等工作具有一定困难；

(8)消防人员受环境影响及个人防护装备的限制，在灾害现场的滞留时间一般小于30min。

因此，研究一种实用的能替代消防救援人员遥控进入有毒、有害(非易燃易爆)、易坍塌建筑物、大型仓库堆垛、缺氧、浓烟、放射性等室内外危险灾害现场进行探测的消防救援机器人，来解决有关消防人员人身安全、时间限制、数据采集量不足和不能实时反馈等问题，是非常紧迫和必须的。

消防救援机器人具有可靠的侦检和救援功能，以及良好的机动性能，对化学、生物、放射性等危险晶的生产、运输、贮存和使用场所的灾害预防，对有毒、有害化学物品泄漏(非易燃易爆)、易坍塌等灾害现场的侦察和处置、易爆物品的搬运，障碍物的清除、遇难人员的抢救等工作起到重要的作用。将能替代消防人员进行现场抢险救援，对灾害现场的灭火、封堵、洗消、破拆等救援作业的展开具有十分重要的作用。

3国外消防救援机器人发展情况

消防救援机器人的研究开发及应用，日本最为领先，其次是美

国、英国和俄罗斯等发达国家。国际上对消防救援机器人的研究，在控制技术上可分为三个阶段：第一代是遥控消防救援机器人，第二代是具有感觉功能的计算机辅助遥控消防救援机器人，第三代是自适应智能化消防救援机器人。第一代和部分第二代消防救援机器人已开始服役，但其结构和功能在各个国家都各有特点和独到之处。目前发达国家正在加快开发不同功能的第二代实用型消防救援机器人，而第三代智能型消防救援机器人尚在探索之中，日本、美国和英国已开始进入预研和论证阶段。

日本的救护机器人于1994年第一次投入使用。图1中的机器人能够将受伤人员转移到安全地带。机器人长4m，宽1．74m，高1．89m，重3860kg。它装有橡胶履带，最高速度为4km／h。它有信息收集装置，如电视摄像机、易燃气体检测仪、超声波探测器等；具有2只机械手，最大抓举力为90kg。机械手可将受伤人员举起送到救护平台上。

4消防救援机器人主要结构

消防救援机器人主要由行走系、机械手、救援拖斗和电液控制

系统等结构组成。

4.1行走系

行走系一般分为履带行走系和轮胎行走系两种，本文就履带行走系作一个简单的介绍。履带行走系包括机架、行走装置和悬挂三大部分。

机架是整机的骨架，用来安装所有的总成和部件，使整机成为一个整体。行走装置是用来支撑机体，把发动机的动力传到驱动轮上的驱动扭矩和旋转运动转为消防救援机器人工作与行驶所需的驱动力和前、后运动。悬架是机架和行走装置之间互相传力的连接装置。履带行走装置由履带、驱动轮、支重轮、托轮、引导轮和履带张紧装置等组成，驱动轮通过液压马达驱动，当驱动轮被最终传动二级被动齿轮带动时，其轮齿拉紧履带，地面立即产生了作用在履带上的反作用力，使整机对地面产生前或向后的运动，整机也随之运动。履带行走装置比轮胎的接地面积大，接地比压小。履带所支撑的整机重量都是附着重量，而且在履带的支撑面上大多制有履刺，可增加摩擦力，因此比轮胎式行走装置的附着牵引性能和通过性能

都有所提高，具有良好的越野性能。

4.2机械手

机械手作为消防救援机器人的执行机构，主要起到抓取可疑物，开启阀门，起吊受伤人员的作用。根据人手臂运动的原理以及目前机械手应用的资料，三节臂杆6个自由度的机械手工作装置是最有前途的。

如图2机械手自由度示意图所示，机械手，自由度为本身旋转的自由度，b自由度为臂杆1上下转动的自由度，c自由度指的是臂杆2以臂杆1的纵向轴线为中心转动的自由度，d自由度指的是臂杆3以臂杆2的纵向轴线为中心转动的自由度，e自由度为伸缩臂杆3的平移自由度，f为机械手爪以臂杆3纵向轴线为中心旋转的自由度。

机械手爪需要模拟人手的特征，在抓握的过程中知道获得应有的抓握力。所以考虑在手爪的指或者内部安装触觉传感器。手爪产生的抓握力在垂直方向上产生摩擦力，摩擦力阻止被抓取物由于重力的下落，当手爪与被抓取物之间产生滑动，触觉传感器传送信号使控制系统增加抓握力，直到滑动停止，同时手爪还有弥补滑动位