消防機器人課件

消防機器人小組成員：陳丹，于倩，武樂消防機器人的介紹

消防機器人作為特種消防設備可代替消防隊員接近火場實施有效的滅火救援、化學檢驗和火場偵察。它的應用將提高消防部隊撲滅特大惡性火災的實戰(zhàn)能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡將產(chǎn)生重要的作用。消防機器人-背景介紹隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，建筑和企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，導致化學危險品和放射性物質泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌的事故隱患增加，事故發(fā)生的概率也相應提高。一旦發(fā)生災害事故，消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時，若沒有相應的設備貿然沖進現(xiàn)場，不僅不能完成任務，還會徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊已歷經(jīng)諸多血的教訓。尤其是當新消防法出臺后，搶險救援已成為公安消防部隊的法定任務，面對新時期面臨的新情況新任務，也為了更好地解決前述難題，消防機器人的配備顯得日益重要。消防機器人-發(fā)展歷史機器人自60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展，己取得長足進步，社會各行各業(yè)皆可見其身影。從1986年日本東京消防廳首次在滅火中采用了“彩虹5號”機器人后，消防機器人就逐漸在滅火救災領域得到廣泛的應用，消防機器人技術也得到快速的發(fā)展。截至目前，消防機器人已經(jīng)穩(wěn)步向第三代高端智能機器人前進。消防機器人-發(fā)展現(xiàn)狀

常言道水火無情，這其中道出了水火對人類的威脅及人們對水火的無奈。提起火災，人們會聯(lián)想起一起起悲劇。據(jù)有關部門統(tǒng)計，僅1995年一年我國就發(fā)生火災38000起，死亡2233人，受傷3770人，直接經(jīng)濟損失10.8億多元。1997年發(fā)生火災14萬余起，死亡2722人，傷4930人，造成財產(chǎn)損失15.4億元。多么觸目驚心的數(shù)字啊。面對無情的火災，公安部上海消防研究所、上海交通大學、上海市消防局共同制定了研制消防機器人的計劃。經(jīng)過3年的研究，我國第一臺消防機器人已經(jīng)誕生。消防機器人可以行走、爬坡、跨障、噴射滅火，可以進行火場偵察。消防機器人-優(yōu)缺點1、無生命損傷性。消防機器人作為一種無生命載體，在面臨高溫、有毒、缺氧和濃煙等各種危險復雜的環(huán)境時，在人力所不及之處可充分發(fā)揮其作用，大大減少消防人員傷亡。2、可重復使用性。消防機器人作為一種特殊武器裝備，在細心維護保養(yǎng)的同時，可反復多次使用，發(fā)揮其效能。

3、人工智能性?，F(xiàn)代機器人是人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡、計算機技術、自動控制、電力電子、模糊控制和機械工業(yè)等高端學科的結合體。1、維護保養(yǎng)復雜。由于消防機器人屬于高新技術的結合體，對操控、維護保養(yǎng)人員有一定的要求，專業(yè)方面要求有一定的知識。2、造價高昂。由于消防機器人屬于高等學科知識和各項先進高新技術的集合體，研制時間較長，研制經(jīng)費較高，且生產(chǎn)數(shù)量并不多，造成價格普遍昂貴，不能大量配備消防部隊。消防機器人-分類行走方式（1）輪式行走消防機器人

（2）履帶式行走消防機器人

（3）履帶輪式行走消防機器人等。主要功能（1）滅火機器人

（2）火場偵察機器人

（3）破拆機器人（4）危險物品泄漏探測機器人

（5）救人機器人

（6）多功能消防機器人等。控制方式（1）線控消防機器人

（2）無線遙控消防機器人

（3）自適應消防機器人等。感覺功能（1）視覺消防機器人

（2）嗅覺消防機器人

（3）溫感消防機器人

（4）煙感消防機器人

（5）觸覺消防機器人等。智能化程度（1）程序化控制消防機器人

（2）有感覺功能計算機輔助控制消防機器人

（3）智能化消防機器人等。消防機器人–功能介紹移動功能：操作人員通過遙控臺遠距離控制消防機器人本體駛入火場；消防功能：接近火源，噴射滅火劑滅火，進行冷卻，稀釋，清洗，隔離等消防、化學救援作業(yè)；探測功能：探測火場內有毒及可燃氣體種類、濃度及變化趨勢；探測火場內輻射熱、風速、風向；防爆功能：本體在易燃、易爆環(huán)境中作業(yè)不會引起火災和爆炸；冷卻功能：本體在高溫的惡劣環(huán)境中能保護自身的安全，正常工作；救護功能：呼喚火場內部可能有的未撤離人員；觀察功能：安裝有兩個CCD攝像機，可以觀察火場和機器人本體情況；通訊功能：有圖像聲音數(shù)據(jù)傳輸功能，傳輸距離150米；預警功能：功能：根據(jù)探測結構可以預報緊急情況發(fā)生，并有相應應急處理能力。消防機器人——系統(tǒng)結構

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)。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)和有關環(huán)境信息，操縱操作桿控制機器人的速度和轉向角速度，通過鍵盤或控制開關進行功能切換，通過串行通訊將上位機的控制指令發(fā)給下位機，下位機進行任務規(guī)劃，通過驅動器來控制機器人。

消防機器人的后方控制臺以及供電、泡沫消防車等構成了消防機器人的后方控制和供應系統(tǒng)，另一部分以消防機器人的車體為主體，集行走、化學偵檢、溫度和輻射熱探測、火情偵察、火情偵察、滅火、正壓防爆等主要功能與一身。車體運動所需電力控制、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)、火場場景及化學偵察結果等通過人際操作界面對車體發(fā)出相關的控制指令。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)來的指令對相應的設備發(fā)送控制信號，另一方面負責將現(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合理的決策。消防機器人--系統(tǒng)工作原理消防機器人——控制系統(tǒng)硬件設計

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（可編程序控制器）為控制核心。

上位機負責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。該信號經(jīng)過A/D轉換，通過轉接板DI（數(shù)字信號輸入）板傳給上位機。上位機讀取該數(shù)字信號，并由此計算機器人左右驅動輪的行駛速度，通過串行通訊將它傳送到下位機控制器的頻率設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)由下述公式計算：V左=(J橫向+J縱向）/2V右=(J橫向+J縱向）/2J為操縱桿電位器電勢測量值。V為左右驅動輪的速度，符合為正表示正轉，為負表示反轉。通過左右驅動輪的正反轉和不同的速度檔控制移動載體的前進、后退和左右轉向?？刂婆_操作面板主要是控制四個擺臂、水炮的運動、CCD的調焦和變焦、噴霧、正壓以及探測。

下位機主要由S7-CPU214、三個數(shù)字量輸出模塊EM222、一個模擬量輸入模塊EM231（輸入點數(shù)為3，模數(shù)轉換時間為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。CPU214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動輪的速度。我們將變頻器的參數(shù)設定為最大速度模式，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定選擇實現(xiàn)移動載體的速度控制。DLKG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EM231只具有3路A/D轉換，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行通訊來進行通訊。上位機的通訊口為ICP的COM1口，通訊協(xié)議為RS232通訊，器通訊距離較短，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轉換模塊，采用PPI通訊方式。上位控制系統(tǒng)程序結構圖線程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，車體的側傾角和俯仰角，以及速度和傳感器檢測的結果，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狀態(tài)，線程3負責上位機的通信，將上位機的控制參數(shù)向下發(fā)送到下位機和接收下位機傳送的數(shù)據(jù)，并