浅析消防救援机器人发展和应用分析.pdf

消防救援机器人的发展与应用分析 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，然而，各种危险场所的火灾和火灾引起的爆炸事故也在继续发生，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 消防员在应急救援中的劣势 目前，当中国消防部队在灾难现场进行救援行动时，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 23 人组成)通信绳通常用作通信手段，相互交流困难；(2)消防人员在有毒、有害、缺氧、浓烟、对放射性等室内外危险灾害现场进行勘察，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的侦察，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，无法提前确定穿戴的个人防护设备和检测设备是否安全合理；(5)消防人员配备的便携式探测装备数量有限，不可能实时定量地检测灾害现场的各种数据参数；(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官报告；(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、抢救受害者有一定的困难；(8)消防员受到环境的影响，并受到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、用于检测室内外危险灾害（如放射性）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探测和救援功能，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的发展 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具有不同功能的第二代实用消防救援机器人，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 机器人可以将伤员转移到安全区域。机器人长 4m，宽 174m，高 189m，重3860kg。它装有橡胶履带，最高速度为 4kmh。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 消防救援机器人主体结构 消防救援机器人主要由步行系统、机械手、救援拖船和电液控制系统。4.1 步行系统 步行系统一般分为履带步行系统和轮胎步行系统两种，本文就履带步行系统作一个简单的介绍。履带步行系统包括机架、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，将发动机功率传输到驱动轮的驱动扭矩和旋转运动转化为驱动力和前轮、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。