灭火机器人的结构设计与控制开题报告

机械工程学院 毕业设计（论文）开题报告 学 生 姓 名： 学号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目 : 灭火机器人 结构与控制 指 导 老 师： 2014 年 2 月 28 日 1 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 一、课题的意义和目的 近几十年中，大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现。由于这些建筑的特殊性，发生火灾时，不能快速高效的灭火。为了解决这一问题，尽快救助火灾中的受害者，最大限度的保证消防人员的安全，消防机器人研究被提到了议事日程。而机器人技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的保证，使得消防机器人应运而生。 从二十世纪八十年代开始，世界许多国家都进行了消防机器人 的研究。美国和苏联最早进行消防机器人的研究，而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了消防机器人的研究，目前已有多种不同类型的消防机器人用于各种火灾场合。 我国从八十年代末期开始消防机器人的研究，公安部上海消防研究所等单位在消防机器人的研究中取得了大量的成果，自行式消防炮已经投入市场，履带轮式消防灭火侦察机器人也于 2000 年 6 月通过了国家验收。但是，我国消防机器人的研究还处在初级阶段，还有许多有待研究的问题。比如，高层建筑发生火灾时，消防人员不可能在短时间内到达高处的火灾发生地点，在地下建筑中，由于环 境比较潮湿，烟气不易扩散，消防人员不容易快速的判定火源位置；而在石化企业发生火灾时，将产生大量的毒气，消防人员在灭火时极易中毒。研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人，协助消防人员进行火灾的定位和灭火，将有极大的社会意义。 基于人工智能的不断发展，各项高新技术的不断成熟，在可预见的将来，消防机器人在功能上会更具多样特点，在较多危险区域可以完全代替消防员，避免消防员生命伤亡。同时也应该看到，我国在研究消防机器人方面较国外同行已落后太多，存在技术差异和代沟，消防机器人的不断研制、生产和装备过程，应坚持自主 研制为主，引进为辅，提高我国消防部队消防装备现代化的水平并及时装备消防部队， 2 提高消防部队打赢大仗、恶仗、硬仗和特殊战役的能力，提高消防部队在处置大型复杂火灾和应急救援的作战效能 提高消防部队的自我防护能力减少消防指战员的人身伤亡，更好地保卫我国经济发展 。 二、灭火机器人 的发展和趋势 机器人技术作为 20 世纪人类最伟大的发明之一，自 60 年代初问世以来，经历40 余年的发展己取得长足的进步。 消防机器人属于特种机器人范畴，它作为特种消防设备可以替代消防队员接近火灾现场实施有效的灭火救援作业，开展各项火场侦察任务，尤 其是在危险性大或者消防队员不易接近的场合，消防机器人的应用将大大提高消防部门扑灭恶性火灾的能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡具有重要的作用。 根据消防机器人的灭火要求，应具有的基本功能包括以下几个方面：行驶电机的控制、消防喷枪位置的控制、现场信息的采集、数据处理与通信等等。消防机器人往往需要在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环境中进行火场侦察、化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业。因此作为某种特定功能的消防机器人应该具备以下 某项或几项行走和自卫功能 :爬坡、登梯及障碍物跨越功能 ,耐温和抗热辐射功能 ,防雨淋功能 ,防爆、隔爆功能 ,防化学腐蚀功能 ,防电磁干扰功能 ,遥控功能等。 1. 国外消防机器人发展历史 目前，工业发达国家正在加快开发具有不同功能的实用型的第二代消防机器人和第三代低级智能化消防机器人，着手研究第三代高级智能机器人。一些工业发达国家把研究开发消防机器人列入国家技术发展规划，将它作为经济发展的一个重要保证手段。 日本投入应用的消防机器人最多。 一 类机器人以内燃机或电动机作为动力，配置驱动轮或履带式行驶机构，能爬坡、 越障碍；装有较大喷射流量的消防枪炮，能作俯仰和左右回转；装有气体检测仪器和电视监视设备；通过电缆或无线控制，控制距离最大为 100m。另一类机器人为侦察、抢险机器人，除装有气体检测仪器和电视监视器设备外，还装有机械手，能通过遥控处理危险物品。 美国已研制出能依靠感觉信息控制的救灾智能化机器人，亚利桑诺州消防部门 3 研制的消防机器人，装有破拆工具和消防水枪，能一边破拆，一边喷射灭火。 2国内消防机器人发展 我国大约有 30 家左右的高等院校和研究院所在从事各类机器人的研究工作，自1971 年以来，已在机器人的感 觉识别，操作、移动技术，人机接口技术 ,智能化技术等方面取得了可喜的成就。 近年来，我国消防机器人的研制工作得到了政府有关部门的支持。 1995 年上海市科学技术委员会批准公安部上海消防科学研究所着手研制我国第一台消防机器人 自行式消防炮，目前该项目已通过验收并顺利进入产业化阶段。 该消防机器人的研制成功标志着我国第一代（多功能）消防机器人正式诞生，填补了我国在消防机器人领域的空白，其技术水平达到了国际 80 年代中期的消防机器人水平。 我国研制和开发消防机器人提高了我国消防部队消防装备现代化的水平，提高了我国 消防部队在处置大型复杂火灾中的作战效能，提高我国消防部队的自我防护能力，减少消防指战员的人身伤亡，但我国消防机器人在无线遥控领域与技术发达国家还存在一定差距。 当前消防机器人的发展有智能化和专业化趋势，一方面消防机器人越来越 “ 聪明 ” ，不仅仅可以通过无线人工控制而且能够根据火灾现场的情况，在无人操控的情况下可以做出各种反应。另一方面消防机器人将更加专业化，由于火灾情况的多样性和复杂性，想只用一种消防机器人解决所有问题是不可能的，消防机器人的应用将出现多样化和团队化。比如在一幢大楼的火灾中，搜索火源和幸存者的侦 察机器人，负责救援的机器人以及负责灭火的机器人可以协同工作。 参考文献 1 蒋新松 . 石家庄：河北教育出版社， 2003 2 王耀南 M） . 北京：科学出版社， 2004 3 倪星元，等 M），北京：化学工业出版社， 2005 4雨宫好文 M） . 北京：科学出版社， 2000 5 许大中等。机电控制（ M） 江大学出版社， 2002 6 黄玉清 梁靓 张玲霞 李想，机器人的差分方向控制与实现（ J），信息与电 4 子工程， 2004（ 3）。 7 余国卫 谭延军，基于 片机的火灾自动报警系统（ J），微处理机， 20065 8 邓江，基于 车用抬头显示系统研究（ D），成都：电子科技大学 9 黄玉清 张江美等 的应用（ J）：西南科技大学学报，200419（ 1） . 10 姜志海。单片机原理及应用（ M） 子工业出版社， 2005 11 康华光 第四版）（ M） 等教育出版社，1999. 12 黄玉清 梁靓 。机器人导航系统中的路径规划算法（ J）微机原理信息嵌入式 7. 13万永伦 丁杰雄 J） 2003,32（ 1） 14 黄玉清 梁靓 . 基于嵌入式 机器人光电寻线系统（ J）西南科技大学学报。 20049(4) 15 of a in )1996,13（ 20） . 16 ) 5 毕业设计（论文）开 题报告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一、课题的来源 机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。 另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。 那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情 感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望 21 世纪，机器人将是一个与 20 世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在 21 世纪的前 20 年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期 。 二、课题的主要设计内容 了解机器人的基本结构和控制原理。分析现有机器人控制系统的基本原理，掌握相关输入输出接口的使用方法以及主板功能的拓展。掌握相关传感器的性能和使用方法。重新设置和配置相应的传感器。针对机器人灭火过程中所需达到的目的，通 过对可能出现的各种情况进行深入的分析，从而设计出较为完善的灭火机器人的结构框架和控制策略，并利用相关的工具进行装配和调试。 6 三、课题的设计方案 (1) 查阅相关文献，全面了解 灭火机器人 的工作原理与结构； (2) 查阅相关文献 ,选择合适的寻迹传感器，火焰检测模块，以及避障模块； (3) 请教相关老师选择好驱动电机 ； (4) 现场参观相关机械，借鉴学习机器人的设计 ； (5) 请教工厂老师父学习了解灭火风扇的设计与选择 ； (6) 进行算法设计，利用 C 语言编写控制程序。 四、课题的设计手段、工作计划及步骤 1、采用的软件 ： 软件主要用 对所设计的 灭火机器人 总体结构进行实体造型 2、 设计工作计划及步骤 查阅相关资料，了解能力风暴智能机器人，智能灭火机械的结构、工作原理，进行资料翻译等工作。 31： 制定控制策略方案及可行性分析，选择相关的传感器。 1针对现有智能机器人的结构，进行结构设计，绘制改造后的装配图，和重要零件的结构图。 确定控制策略的具体方案 ，并进行传感器和接口电路的连接。 11根据机器人控制策略编写相应的控制程序，并进行整机测试。 编写设计计算说明书、使用说明书等，准备毕业设计答辩； 7 毕业设计（论文）开题报告