哈工大研究生機器人技術(shù)報告匯總

1、機器人技術(shù)大作業(yè)（2015年秋季學(xué)期）題目消防機器人發(fā)展與應(yīng)用2015.12.04機械設(shè)計制造及其自動化報告提交日期哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人技術(shù)大作業(yè)141.2.3.內(nèi)容及要求以某種機器人（如搬運、焊接、噴漆、裝配等工業(yè)機器人；服務(wù)機 器人；仿生魚、蛇等仿生機器人；軍用及其它機器人等）為例，撰 寫一篇大作業(yè)，題目自擬，以下內(nèi)容僅作參考：機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括各部分名稱、功能、傳動等）； 機器人的運動學(xué)及動力學(xué)分析；機器人的控制及軌跡規(guī)劃；驅(qū)動及伺服系統(tǒng)設(shè)計；電氣控制電路圖及部分控制子程序。1)2)3)4)5)題目自擬，拒絕雷同和抄襲；參考文獻不少于7篇，其中至少有2篇外文文獻；報告統(tǒng)一用該模板

2、撰寫，字數(shù)不少于 5000字，上限不限； 正文為小四號宋體，1.25倍行距；圖表規(guī)范，標(biāo)注為五號宋體；1枚釘；4.5.6. 用A4紙單面打??；左側(cè)裝訂，7. 提交打印稿及03版word電子文檔，由班長收齊。8. 此頁不得刪除。評語:成績（20分）：教師簽名:消防機器人發(fā)展與應(yīng)用、我國消防機器人的市場需求由于設(shè)備以及管理等方面的原因，導(dǎo)致化學(xué)危險品 爆炸的事故隱患越來越多。一旦事故發(fā)生，假如沒 救援人員將無法進入事故現(xiàn)場要冒然采取行動， 往 結(jié)果仍不能達到預(yù)期目的，這方面各地近年來，我國石油化工等行業(yè)有了飛速的發(fā)展和進步，生產(chǎn)過程中的易燃易 爆和劇毒化學(xué)制品急劇增長， 和放射性物質(zhì)泄漏以及燃燒、

3、 有有效的方法、裝備及設(shè)施， 往只會造成無辜生命的犧牲出慘重代價， 消防及救援部門已有許多次血的教訓(xùn)。深圳清水河大爆炸、南京金陵石化火災(zāi)、 北京東方化工廠罐區(qū)火災(zāi)等事件發(fā)生后，全國各地要求配備消防機器人的呼聲愈 來愈高。尤其是在明確公安消防部隊作為處置各類化學(xué)危險品泄漏事故的主力軍 之后，在我國消防部門配備消防機器人的問題就顯得更為迫切了。、國外消防機器人發(fā)展現(xiàn)狀國際上較早開展消防機器人研究的是美國和蘇聯(lián)，稍后，英國、日本、法國、德國等國家也紛紛開始研究該類技術(shù)。目前已有很多種不同功能的消防機器人用 于救災(zāi)現(xiàn)場。日本投入應(yīng)用的消防機器人最多。80年代，日本研制了不少于 5100m。另還種型號的

4、自動行駛滅火機器人，分別配備于大阪、東京、高石、太田、蒲田等消 防部門，這類機器人以內(nèi)燃機或電動機作為動力，配置驅(qū)動輪或履帶式行駛機構(gòu)， 能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn)；裝有氣 體檢測儀器和電視監(jiān)視設(shè)備；通過電纜或無線控制，控制距離最大為 一類機器人為偵察、搶險機器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視器設(shè)備外， 裝有機械手，能通過遙控處理危險物品。美國已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機器人，如1994年用于探測阿拉斯加州斯拍活火山的“但丁 2號”抓獲殺人犯的RM 1 一 9型遙控消防 機器人等。亞利桑那州消防部門研制的消防機器人，裝有破拆工具和消防水槍， 能一

5、邊破拆，一邊噴射滅火。英國智能化保安公司生產(chǎn)的 RO 一 VEH遙控消防車已裝備于中部和西部消 防部門，配置為履帶式或輪式行駛機構(gòu)，能爬樓梯，通過電纜供電或自攜蓄電池 供電。裝有消防水炮、攝像機或熱像儀。采用有線控制方式。1985年英國中西部消防部門和Firma SAS公司聯(lián)合研制的機器人消防車，用 Hunterlll汽車改裝 而成，裝有雙臂、水槍、探測器（溫度、化學(xué)物質(zhì)、輻射等）、工業(yè)電視攝像機、 紅外線裝置。機械手用來啟閉閥門、搬移物品或開門等。國際上對消防機器人的研究可分為三個階段 （三代），第一代是程序控制消防 機器人，第二代是具有感覺功能的消防機器人，第三代是智能化消防機器人。目 前

6、，工業(yè)發(fā)達國家正在加快開發(fā)具有不同功能的實用型的第二代消防機器人和第 三代低級智能化消防機器人，著手研究第三代高級智能機器人。一些工業(yè)發(fā)達國 家把研究開發(fā)消防機器人列入國家技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，將它作為經(jīng)濟發(fā)展的一個重要 保證手段。三、國內(nèi)消防機器人國內(nèi)的機器人研制工作始于20世紀70年代，并在機器人的感覺識別、操作、 移動技術(shù)等方而取得了比較大的進展。20世紀90年代，國家把消防機器人的 研制課題正式作為國家863高科技計劃研究發(fā)展項目，組織有關(guān)單位進行研發(fā)。 自此，國內(nèi)的消防機器人的研制工作正式起步。與此同時，上海消防科研所專 門成立了上海強師消防裝備有限公司，會同上海交通大學(xué)和上海市消防總隊，聯(lián)

7、 合研制消防機器人。歷經(jīng)數(shù)年，消防機器人一自行式消防水炮研制成功，并在 通過專家組驗收。該自行式消防水炮可以承擔(dān)滅火、冷卻和化學(xué)污染場所的洗消 等危險任務(wù)。以后，安徽明光消防車廠生產(chǎn)出遙控滅火消防車， 撫順起重工程有 限公司也研制出“多功能消防機器人”。近幾年來，江蘇、遼寧、云南、湖北等 地的消防部隊先后陸續(xù)配備了一部分國產(chǎn)和進口消防機器人。1根據(jù)危險場所的火場偵察、排煙、滅火和搶險救援工作的實際需要，研 發(fā)系列化的消防機器人。女口，組合式自動爬樓排煙機器人，自動爬樓冷氣溶膠滅 火機器人、自動爬樓多功能滅火機器人、多功能搶險救援機器人、自動爬樓多功 能后勤保障照明等系列消防機器人。這樣，將使我

8、國消防機器人在危險場所滅火救援領(lǐng)域中的實際運用大大向前 推動了一步，為實現(xiàn)科技強警、打造消防鐵軍和提升滅火救援戰(zhàn)斗力提供了新 的技術(shù)裝備保障。同時，系列化的消防機器人將具有自己的自主知識產(chǎn)權(quán)。2、實現(xiàn)機器人真正意義上的爬樓梯。即，消防機器人既能夠上樓，又能夠下樓，自動行走，其獨有的防傾翻專利技術(shù)使消防機器人上下爬坡坡度玄35°（進口 “陸虎60”排煙機器人爬坡度30°、下坡度15°）。此外，由于消防機 器人的外形尺寸比較小，長 x寬x高不超過1 100 mm x 850 mm x 1 500 mm,對 于我國相關(guān)規(guī)范規(guī)定的建筑樓梯寬度以及地鐵上下過道，能夠上下樓梯

9、自如、平穩(wěn)，并且行走速度達到57 km/h，從而解決大功率、重型消防裝備無法接近高 層或地下以及狹窄、易爆火災(zāi)現(xiàn)場的這一困惑人們多年不能實現(xiàn)的“登高、入地” 的消防難題。3、消防機器人的動力采用當(dāng)今世界上先進的低碳、環(huán)保動力源。該動力源 其一體積小，從而有效的增加了消防裝備的安裝空間， 減輕了自重。其二使用時 間長，一次可有效使用3h，并可通過后勤保障機器人和其他方式提供持續(xù)動力。其三功率比較大，從而使得大功率的消防裝備能夠得以在消防機器人上安裝并配 合使用。4、裝載量大。消防機器人的自重 0. 2 t左右，而可載的消防裝置或滅火劑至 少在300800 kg以上。5、消防機器人的消防裝備將采用

10、最新的系統(tǒng)工程優(yōu)化設(shè)計。如機器人上安裝的排煙裝置，無論是驅(qū)動裝置，還是葉片等核心部件，均是當(dāng)今一流的設(shè)計與 施工（專利技術(shù)），盡管只有不到1 m2的底座安裝平而而積，總排煙量可能接近 200000 m3/h,是進口 “陸虎60”排煙機器人排煙量的4倍以上，只略低于號稱 世界排煙之王一法國“MVU型”排煙車的排煙量，真正實現(xiàn)小型裝置大功率化。 此外，消防機器人還同時具有降溫、除塵、化學(xué)洗消等功能。而能夠深入到災(zāi)害 現(xiàn)場的救人機器人，更是構(gòu)思新穎，設(shè)計獨特，搜救人員和被救護者能夠在缺氧、 有毒的環(huán)境下生存時間玄4h。6、消防機器人具有自良好的我保護功能。機器人上安裝的所有電器以及線 路都具有耐咼溫

11、、抗輻射、防爆炸、防水的措施和功能。行走機構(gòu)耐咼溫、防水。 并且，機器人外部裝備有緊急噴射自保裝置， 為消防機器人的自身安全提供可靠 的保障。7、 消防機器人的操控系統(tǒng)由帶顯示器的控制器以及帶有減速裝置的等3部 分組成，操控方便、可靠、實用。&所有消防機器人均具有對火場的偵查和監(jiān)控功能。四、消防機器人的分類及主要技術(shù)特征為了便于消防機器人的研究和探索， 我們不妨從消防機器人實戰(zhàn)要求的角度 出發(fā)，進行以下分類：1、從主要功能上可分為：a滅火機器人；b.火場偵察機器人；C.危險物品泄漏探測機器人；d. 破拆機器人；e救人機器人；f多功能消防機器人等。2、從行走方式可分為：a輪式行走消防機器

12、人；b.履帶式行走消防機器人；C.履帶輪式行走消防機器人；d.吸盤式行走消防機器人等。3、從控制方式上可分為：a線控消防機器人；b.無線遙控消防機器人；C.自適應(yīng)消防機器人等。4、從智能化程度上可分為：a程序化控制消防機器人；b.具有感覺功能計算機輔助控制消防機器人；C.智能化消防機器人等。5、從感覺功能上可分為：a. 視覺消防機器人；b. 嗅覺消防機器人；C.溫感消防機器人；d.觸覺消防機器人等。消防機器人往往需要在高溫、強熱輻射、濃煙、地形復(fù)雜、障礙物多、化學(xué) 腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進行火場偵察，化學(xué)危險品探測、滅火、冷卻、洗 消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏、化學(xué)危險品處置等

13、作業(yè)，因此作 為某種特定功能的消防機器人應(yīng)該具備以下某項或幾項行走和自衛(wèi)功能：a. 爬坡、爬梯及障礙物跨越功能；b. 耐溫和抗熱輻射功能；C.防雨淋功能；d. 防爆（隔爆）功能；e. 防化學(xué)腐蝕功能；f. 防電磁干擾功能等。五、我國消防機器人的研發(fā)自八十年代末開始，我國消防部隊裝備歸口研究單位公安部上海消防研究所 在公安部的支持下曾多次對作為滅火消防機器人重要組成部分的遠控消防炮系 統(tǒng)及相應(yīng)的研究試驗技術(shù)進行了立項研究，重點解決遠控消防炮系統(tǒng)在油碼頭等 場合的工程應(yīng)用問題，目前該成果已成功地應(yīng)用于我國眾多的油碼頭、油罐區(qū)和 飛機維修庫等場合，相關(guān)產(chǎn)品在國內(nèi)占據(jù)了百分之八十以上的市場份額，產(chǎn)品和

14、工程應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，為我國消防機器人的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。1998 年8月，由該所承擔(dān)，在上海市科委立項的“自行式消防炮”（六輪消防滅火機器人）通過了專家鑒定。次年，由該所研制的“履帶式消防滅火機器人”也順利 完成。2000年6月24日，由公安部上海消防研究所、上海交通大學(xué)和上海市消 防局三家單位共同承擔(dān)的國家863項目“履帶輪式消防滅火偵察機器人” 研制成功并順利通過國家驗收，該機器人就是一種集火場探測，消防，有毒、易燃、易 爆氣體場所探測等多種功能于一體的消防機器人一ZXP J01型消防機器人。1功能介紹ZXP J01型消防機器人的主要功能有：（1）移動功能：操作人員通過遙控臺遠距

15、離控制消防機器人本體駛?cè)牖饒觯唬?）消防功能：接近火源，噴射滅火劑滅火，功進行冷卻、稀釋、清洗、隔離 等消防、化學(xué)救援作業(yè)；（3）探測功能：探測火場內(nèi)有毒及可燃氣體種類、濃度及變化趨勢；探測火場 內(nèi)輻射熱、風(fēng)速、風(fēng)向；本體在易燃、易爆環(huán)境中作業(yè)不會引起火災(zāi)和爆炸；本體在高溫的惡劣環(huán)境中能保護自身的安全，正常工作； 呼喚火場內(nèi)部可能有的未撤離人員；安裝有兩個 CCD攝相機，可以觀察火場和機器人本體情況； 有圖像、聲音、數(shù)據(jù)傳輸功能，傳輸距離150米；根據(jù)探測結(jié)果可以預(yù)報緊急情況發(fā)生， 并有相應(yīng)應(yīng)急處理能力。防爆功能: 冷卻功能: 救護功能: 觀察功能: 通訊功能: 預(yù)警功能:（4）（5）（6）（

16、7）（8）（9）2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ZXP J01型消防機器人系統(tǒng)主要由五部分組成：機器人移動平臺，人機接口（機器人控制臺），控制系統(tǒng)，現(xiàn)場監(jiān)視系統(tǒng)（立體場景顯示）和上、下位機通訊系 統(tǒng)；其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。1柞員人一機ft 口 機器人Hao圖1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖操作員通過監(jiān)視器和立體場景顯示了解機器人的姿態(tài)和有關(guān)環(huán)境信息， 操縱 操作桿控制機器人的速度和轉(zhuǎn)向角速度，通過鍵盤或控制開關(guān)進行功能切換。通 過串行通訊將上位機的控制指令發(fā)送給下位機；下位機進行任務(wù)規(guī)劃，通過驅(qū)動 器來控制機器人。3、系統(tǒng)工作原理如圖2所示，消防機器人的后方控制臺以及供電、泡沫消防車等構(gòu)成了消防 機器人的后方控制和供應(yīng)系統(tǒng)，另一

17、部分以消防機器人的車體為主體，集行走、 化學(xué)偵檢、溫度和輻射熱探測、火情偵察、滅火、正壓防爆等主要功能于一身。 車體運動所需電力和控制、偵檢、視頻等信號均通過電纜傳輸，消防炮的供水或 泡沫液通過水帶輸送，對消防機器人的控制通過對后方控制臺的操作完成， 操作 人員根據(jù)對車體運行姿態(tài)，炮的噴射點的直接觀察以及后方控制臺顯示的從前方 送回的溫度、輻射熱、前后擺臂狀態(tài)、火場場景及化學(xué)偵察結(jié)果等通過人機操作 界面對車體發(fā)出相關(guān)的控制指令。車體所攜帶的控制系統(tǒng)一方面根據(jù)從后方控制 臺發(fā)來的指令對相應(yīng)的設(shè)備發(fā)送控制信號，另一方面負責(zé)將現(xiàn)場采集的各項參 數(shù)、信號傳送給后方控制臺，以幫助操作人員進行科學(xué)合理的決

18、策。供水、的滾V/消朗燦I車體rtJ電吞二鼻.二； 丨供施控制T電趙卷盤控胡I HI操右員禺人機界血“信息牡g" 信息蛙送hiirl棺恵接收蓿號牡gp#示燈控制I1 : = : 垣方輪制ftj&s 送Hfe制荷號赴郅卜敬林察gpj觀 CC j遠師A人工現(xiàn)圖2、消防機器人工作原理示意圖4、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計ZXP J01消防機器人控制系統(tǒng)硬件主要由上位機和下位機兩部分組成，分別以ICP（工控機）和PLC（可編程邏輯控制器）為控制核心。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。上位機負責(zé)采樣操縱桿的模擬信號和控制臺控制按鈕的狀態(tài)信息。操縱桿有兩個正交的電位器，分別用來測量 x、y方向上的電壓信號。該信

19、號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn) 換，通過轉(zhuǎn)接板、DI（數(shù)字信號輸入）板傳送給上位機（ICP 控機）。上位機讀取 該數(shù)字信號，并由此計算機器人左右驅(qū)動輪的行駛速度，通過串行通訊將它傳送到下位機（PLC 一可編程邏輯控制器）控制變頻器的頻率設(shè)定選擇輸入點來控制 移動載體的行駛速度。左、右輪的速度控制參數(shù)由下式計算E 】=（/ + 7/，）/2J蘭（人-人）/2Jv , Jh分別為操縱桿橫向和縱向電位器電勢測量值。最后將速度分為四檔， 控制變頻器的頻率設(shè)定選擇。V|、Vr分別為左右驅(qū)動輪的速度，符號為正表示正 轉(zhuǎn)，為負表示反轉(zhuǎn)。通過左右驅(qū)動輪的正反轉(zhuǎn)和不同的速度檔控制移動載體的前 進、后退和左右轉(zhuǎn)向。上位機根據(jù)操

20、縱桿的采樣值計算出移動載體的行駛速度， 和對其它信號采樣結(jié)果進行處理， 避免有沖突的操作發(fā)生?？刂婆_操作面板主要 是控制四個擺臂、水炮的運動、CCD的調(diào)焦和變焦、噴霧、正壓以及探測。三相電交««壓電源nr»A龜壓電激（開關(guān)電瀰）!«壓電譚 , 開關(guān)里g）| ;A/ 1通訊鐵塊75120ffl1上盤機$動電機I楓動電機1ITTEM231 前后a«利水日tr石"IT E.222同臥站下拉機圖3、消防機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖下位機主要由S7-CPU 214三個數(shù)字量輸出模塊 EM 222、一個模擬量輸入 模塊EM 231（輸入點數(shù)為3,模數(shù)轉(zhuǎn)

21、換時間為25us），2個變頻器、探測傳感器， 采樣控制模塊以及電源系統(tǒng)等組成。CPU 214作為下位機的控制核心，主要是存 儲和運行控制程序、與上位機以及擴展模塊之間的通訊和控制左右驅(qū)動輪的速 度。我們將變頻器的參數(shù)設(shè)定為4速模式，具有制動啟動和停車功能，防止在斜 面上行進時出現(xiàn)失控現(xiàn)象和頻繁緊急啟、停車對機械系統(tǒng)造成損壞。利用上位機 發(fā)送的速度信號控制變頻器的頻率設(shè)定選擇實現(xiàn)移動載體的速度控制。DLIG模塊為多輸入三輸出模塊，由采樣控制模塊來控制選通傳感器輸入。因為EM 231 只具有3路A/D轉(zhuǎn)換，而需要采樣的傳感器信號有 16路，因此要對這16路信 號進行循環(huán)采樣。上、下位機的信息通過串

22、行通訊來進行通訊。上位機的通訊口為ICP的COM 1 口，通訊協(xié)議為RS232通訊，其通訊距離較短，而消防機器人 的遙控距離最遠為150米，另外，PLC的通訊協(xié)議采用的是 RS485通訊，為此 選用RS232/ PPI轉(zhuǎn)換模塊，采用PPI通訊方式。5、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計傳統(tǒng)的編程方法實際上是序列控制，因為程序的執(zhí)行是順序的，在任何時侯 只有一個任務(wù)能夠響應(yīng)，這無法真正實現(xiàn)實時控制的要求。上位機控制軟件運用 Visual C+5。0編程。VC具有許多優(yōu)點適合于機器人控制系統(tǒng)軟件編程。首先 是它的類結(jié)構(gòu)特征。各個控制模塊用一個類結(jié)構(gòu)來表述，這樣便于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的管 理，使模塊具有完整性，便于調(diào)試和程序的

23、修改。對某一模塊的結(jié)構(gòu)進行修改不 會影響系統(tǒng)的其它模塊的結(jié)構(gòu)和功能，大大縮短了軟件的開發(fā)周期。其次是它的 Windows線程的多任務(wù)處理特性。線程之間通信，包括與主程序的通信使用 Windows消息和事件對象。這樣可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)并行分布式控制。還有它 的強大的視圖、文檔和數(shù)據(jù)庫功能，便于編制圖形用戶接口和文檔、 視圖及數(shù)據(jù) 的管理。控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。線程1主要監(jiān)測機器人在運行過程中的 姿態(tài)：前后四個擺臂的擺角，車體的側(cè)傾角和俯仰角，以及速度和傳感器檢測的 結(jié)果。線程2的控制臺監(jiān)測主要檢測控制臺操縱桿和各控制按鈕的開關(guān)狀態(tài)。線程3負責(zé)上位機的通信，將上位機的控制參數(shù)向下發(fā)送到

24、下位機和接收下位機傳 送的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)字濾波處理。線程4主要處理如通信中斷，車體嚴重傾斜或 俯仰有可能造成失控或翻落等事故時的緊急、危險情況。線程5的專家系統(tǒng)輔助 決策主要根據(jù)傳感器信息提示操作員執(zhí)行正確的操作。圖4、上位機控制系統(tǒng)程序框圖下位機接收上位機的控制命令控制 PLC和擴展模塊的1/ 0點狀態(tài)。程序流程 圖如圖5所示。通信采用中斷方式，這樣可以縮短程序執(zhí)行周期，提高響應(yīng)速度。圖5、下位機程序流程六、消防機器人在滅火救援中的應(yīng)用1應(yīng)用背景消防官兵在執(zhí)行滅火救援任務(wù)時要承擔(dān)巨大的風(fēng)險。尤其隨著科技的進步、 經(jīng)濟的發(fā)展以及城市化進程的加快， 高層、地下建筑越建越多，化工企業(yè)、地鐵、 隧道

25、不斷增加，新技術(shù)、新材料大量使用，以及地震、洪澇、交通、泥石流等災(zāi) 害頻發(fā)，公安消防部隊而對的火災(zāi)和搶險救援的形勢將會日趨繁重和復(fù)雜。而對高層、地下、高溫、有毒、濃煙、易燃易爆等復(fù)雜危險環(huán)境的火災(zāi)或其他災(zāi)害， 一方而要切實加強消防部隊撲救大火、大災(zāi)搶險的能力，一方而也要更好地保護 廣大消防官兵的生命安全，因此，配備實用的消防機器人己經(jīng)勢在必行。 尤其是 地鐵、隧道坍塌，石油化工企業(yè)油品燃氣、毒氣泄漏等災(zāi)害，具有突發(fā)性強、危 害巨大、防治困難、處置過程復(fù)雜等特點，消防機器人能夠代替消防員進入易燃、 易爆、缺氧、有毒、濃煙等危害事故宣傳進行數(shù)據(jù)采集、處理、反饋，有效的解 決消防員在上述場所的人身安

26、全以及偵察、數(shù)據(jù)采集等問題。2、消防機器人的長處與不足與其他消防技術(shù)裝備一樣，消防機器人同樣存在著長處與不足。其長處主要 在于它的人工智能性以及可重復(fù)使用性和無生命損傷性。消防機器人是融合了機 械工業(yè)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論和人工智能等技術(shù)的集合體，尤其在 當(dāng)前人工智能技術(shù)不斷發(fā)展成熟的情況下， 可以針對特殊環(huán)境、特殊要求，開發(fā) 出特殊功能的消防機器人。這種消防機器人由于其具備一定的人工智能性， 因而 能夠自主的判斷危險情況來源，自動進行數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸反饋，并進行滅 火、救援等工作。其次，消防機器人作為一種特殊的消防技術(shù)裝備，只要細心維 護保養(yǎng)，可反復(fù)多次重復(fù)使用。另外，消防機器

27、人作為一種無生命的載體，在高 溫、有毒、缺氧、濃煙、易燃易爆等各種危險復(fù)雜惡劣的環(huán)境，在消防員不及之 處可充分發(fā)揮作用，大大減少消防員的傷亡。其不足之處，一是由于消防機器人是各種高新技術(shù)的集合體，研制周期長， 研制費用高，因而造價比較昂貴。二是消防機器人是多種技術(shù)的融合，自身結(jié)構(gòu) 相對比較復(fù)雜。消防機器人本身，既有消防部分，又有操控、行駛部分，還有機 電部分，無論是平時的維護保養(yǎng)，還是正常使用，均需要使用人員和維護人員具 備一定的專業(yè)知識并且需要一定的維護費用。3、消防機器人應(yīng)用范圍(1) 高層建筑火災(zāi)滅火救援。高層建筑火災(zāi)由于可燃物多、火災(zāi)荷載大以 及“煙筒效應(yīng)”而燃燒猛烈、蔓延迅速。加之高

28、層建筑主體建筑高、功能復(fù)雜、 層數(shù)多、建筑形式多樣，致使火災(zāi)時人員疏散困難，撲救難度大。因此，高層建 筑火災(zāi)撲救應(yīng)堅持“立足于自救，、“以建筑物內(nèi)固定消防設(shè)施撲救為主、 建筑物 外移動消防設(shè)施撲救為輔”的原則。在利用移動消防設(shè)施火災(zāi)撲救方而，目前存在 5大制約因素：一是舉高消防 車高度的限制（目前，全球最高舉高車的高度為130 m）,二是消防員登高能力的 限制，三是消防員登高途徑的限制，四是煙霧毒氣大、排煙困難，五是消防用水 量大、垂直供水困難。此外，高層建筑火災(zāi)中遇難人員的搜救也是難題之一。而 針對不同高層建筑火災(zāi)研制的消防機器人， 載有冷氣溶膠滅火裝置、A類泡沫系 統(tǒng)滅火裝置、組合排煙裝置

29、、載人救護倉裝置等，可以上下樓自如，能夠深入到 高層建筑火場內(nèi)部進行火情偵察、 找準(zhǔn)著火點實施有效內(nèi)攻、強力排煙、搜索救 助等，大大提高了滅火劑的利用率及排煙和滅火救援的效率，有效的減低損失， 避免消防員的傷亡。所以，消防機器人的投入，對于破解高層建筑滅火這一世界 性的消防難題是一種創(chuàng)新和嘗試。（2）地下建筑以及密閉空間的滅火救援。地下建筑以及密閉空間由于對外 通道少、相對封閉，使得著火時的高溫不易散熱、熱煙氣容易積聚，從而造成火 場溫度高、煙霧濃。高溫、濃煙是消防員實施地下建筑以及密閉空間救援的主要 困難和障礙。此外，窒息、被困、受傷和中毒一也是消防員實施地下建筑以及密閉空間救援的主要危險之

30、一。此時，如使用消防機器人開展救援，既可避免消防 員的傷亡，也能有效的進行滅火救援。（3）地鐵、隧道等突發(fā)事件的搶險救援。目前，世界各國應(yīng)對地鐵、隧道 等突發(fā)事件的處置方法基本達成共識， 所采取的措施主要有以下6條：要求地 鐵的電氣、動力設(shè)備應(yīng)絕緣良好，防水、防過熱、防超負荷，并定期維修、更新； 應(yīng)急照明設(shè)備應(yīng)齊全；地鐵、隧道的安全出口應(yīng)符合要求，地鐵站臺應(yīng)設(shè)置 屏蔽封閉門；應(yīng)安裝火災(zāi)自動報警、滅火設(shè)施、事故廣播、排煙設(shè)施等；盡 量減少地鐵站內(nèi)的可燃物，地鐵車廂采用不燃材料；配強滅火救援裝備。可見，配強滅火救援裝備是應(yīng)對地鐵、 隧道等突發(fā)事件的重要措施之一。 而 具有爬樓梯功能、能夠進入地鐵車站內(nèi)的大功率排煙消防機器人和滅火機器人非 常適合地鐵場所的使用。（4）石油化工、危險品泄漏等高危場所的火災(zāi)撲救和搶險救援。這些高危場所火災(zāi)時的熱輻射強度大，有時熱輻射強度甚至高達75 kW /m2。實驗表明，在熱輻射強度6 kW /m2的情況下，人會灼傷；在14 kW /m2情況下，消防車會 受熱起火。加之這些場所危險品多，隨時可能發(fā)生爆炸，消防員如輕易進入，極 易造成傷害。如使用消防機器人，可極大的減少消防員的傷亡。2003年9月24日，湖北省消防總隊在處置長達10天之久的利川“ 9 -15”