日本消防機器人的開發(fā)與應(yīng)用

日本消防機器人的開發(fā)與應(yīng)用

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，尤其是在重大災(zāi)難發(fā)生的地方，使用機器人進行有效的消防救援，確保消防隊員的安全。近些年來,隨著災(zāi)害的多樣化、復(fù)雜化,在消防工作中應(yīng)用機器人搜集信息,確定火場的特定物質(zhì),幫助制定消防方案,搜救受難者的必要性大大增加了。日本一直積極地進行消防機器人的開發(fā)和應(yīng)用工作,取得了一定的成果。1火災(zāi)或惡意程序可選用的機器人東京消防廳是日本規(guī)模最大的消防機構(gòu),消防設(shè)備、器材配備比較齊全。該廳現(xiàn)在擁有的消防機器人有如下幾種。(1)滅火機器人(見圖1)。亦稱無人操縱自動行走噴水車。它適用于在瞬間產(chǎn)生很強的輻射熱、具有爆炸危險,消防人員難以近距離撲救的大規(guī)?；馂?zāi),一般用于撲救石油企業(yè)、油罐、飛機等化學(xué)物質(zhì)引發(fā)的火災(zāi)。(2)探查機器人(見圖2)。也稱偵察車,當(dāng)火災(zāi)現(xiàn)場存在大量濃煙或有毒氣體時,消防隊員難以用肉眼觀察火場狀況,不能及時采取正確的施救方案。這種機器人能通過遙控搜集火場信息,以幫助消防人員開展撲救和搜救受難人員。(3)遠距離檢測機器人(見圖3)。這種機器人適用于地鐵車站等地面高低不平的空間的消防工作。當(dāng)場所的空間發(fā)生火災(zāi)時,這種機器人可以通過遠距離操縱,到達著火點,測量有毒氣體或放射性物質(zhì),以便消防隊員決定采取何種防護措施。(4)水下搜救機器人(見圖4)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或水上事故時,由于氣候、地震烈度、水下障礙物的影響,給消防潛水員在水中開展搜救造成困難。這種機器人可以通過遠距離操縱,搜尋需要救助的落水者。(5)救生機器人(見圖5)。它安裝著兩只機械手、前方監(jiān)視照相機、可在濃煙中拍攝的攝像機、可燃氣體測定儀等,能幫助消防隊員搜尋困在火場的受難者。如果受難者已昏迷倒地,它的機械手會扶持受難者。2研制滅火機器人機器人在火場工作,面對許多不利條件:電子儀器必須在高溫、潮濕等不利的環(huán)境中工作;現(xiàn)場可能存在有毒氣體、腐蝕性物質(zhì)或放射性物質(zhì);即使在同一座建筑物內(nèi),工作環(huán)境也有很大差異等。如果按照不同的環(huán)境條件研制對應(yīng)的機器人,機器人的種類必然繁多,不僅難以管理、使用,而且因為每種災(zāi)害出現(xiàn)的頻率較低,機器人的利用率也不高。如果研制一種功能齊全、能夠適應(yīng)各種災(zāi)害、多種環(huán)境的機器人,則技術(shù)難度相當(dāng)大,很難實現(xiàn)。現(xiàn)在研制的機器人,可歸為兩大類:一類是輔助型機器人,即幫助消防隊員在火場實施滅火和救援機器人,要求它能在嚴(yán)酷的環(huán)境中長期工作,能搬運重物,以便協(xié)助消防隊員完成相應(yīng)的滅火、救援任務(wù)。另一類是檢測、探查型機器人,要求它具有自動行走,空中浮游、返回等功能,能在嚴(yán)酷的環(huán)境中進行檢測、探查,并把搜集的信息及時傳輸給火災(zāi)指揮及戰(zhàn)斗人員。現(xiàn)分別介紹三種消防機器人的研制情況。(1)滅火機器人。要撲滅大火,必須噴灑大量水或滅火劑,為了把滅火劑送到著火現(xiàn)場,就要使用很長的軟管。因之,一個能夠撲滅火災(zāi)的機器人,不僅需要研制耐高壓軟管,還要在本體上設(shè)置軟管卷繞裝置,大大增加了機器人的體積。所以,研制高效滅火劑,減少滅火時滅火劑的用量,從而縮小軟管口徑及卷繞裝置的體積,實現(xiàn)機器人小型化,乃是當(dāng)前研制滅火機器人需要克服的難題。(2)探查機器人。在現(xiàn)有技術(shù)條件下,機器人要把搜集的火場信息傳輸?shù)桨踩珗鏊?還是使用有線傳輸方式。這不僅對電線、電纜提出更高的要求,而且機器人本體也需要設(shè)置線纜卷繞裝置,使機器人體積變龐大。開發(fā)火場應(yīng)用的機器人無線通訊技術(shù),以及在無線通訊條件下,機器人在火場中能自由行走和確保通訊暢通的技術(shù),乃是研制探查機器人的重要課題。(3)救生機器人。用機器人在火場救人,由于受難者的體型、體位等不確定因素很多,難度很大,所以目前進入著火的建筑物救人,迅速而安全的方法,仍然是由穿著防護服的救助隊員實施。隨著災(zāi)害的多樣化和復(fù)雜化,火災(zāi)有時是伴隨著自然災(zāi)害(如地震)、人為操作失誤(如空難)、恐怖襲擊(如美國世貿(mào)大廈、日本地鐵沙林事件)而發(fā)生的,火場內(nèi)可能存在有毒氣體或放射性物質(zhì),使本就危險的火場變得更加危險,消防人員在救生過程中,很容易發(fā)生次生災(zāi)害。開發(fā)救生機器人,使之能夠代替救助隊員進入危險的火場,搜集信息,安全、迅速、準(zhǔn)確地完成救生任務(wù),就顯得十分迫切。日本一直致力于研制可用于實際火災(zāi)的救生機器人。如:能在廢墟下的小空間或地下街道迅速移動、掌握火災(zāi)實情、搜集受難者位置和狀態(tài)等信息的機器人系統(tǒng);能在充滿化學(xué)氣體的地下街快速移動、快速搜集信息的機器人;能進入廢墟下面小空間進行探查的機器人,目前已能用來進行管道內(nèi)部和地下孔洞的探查工作或天花板的布線作業(yè)。停電時利用蓄電池驅(qū)動的搜救機器人,它會在火場或廢墟下面不斷呼叫:“誰在那里?”并把受難者的呼救聲錄制下來,連同受難者的位置傳輸給救助人員。此外還研制了一批協(xié)助救生隊員進行救生的工具,如起重機器人、切割機器人、智能棒攝像機、自動行走纖維鏡等。日本仿造國際救生系統(tǒng)(IRS)研究組織的方式,由現(xiàn)職救救隊員的志愿者組成災(zāi)害救生志愿隊(IRS-U),并制訂了假想的救災(zāi)方案,用現(xiàn)有的救生機器人和救生裝置,進行訓(xùn)練,以期在若干年后,建立一支高標(biāo)準(zhǔn)、高水平的國際機器人救生隊。圖6是2005年在東京消防廳立川訓(xùn)練所,IRS-U利用IRS蒼龍機器人進行訓(xùn)練。圖7是2006年IRS-U同川崎市消防署人員在川崎火車站地下商業(yè)街進行聯(lián)合訓(xùn)練。機