消防机器人的机电一体化系统介绍.doc

消防机器人的机电一体化系统介绍 作者： 学号：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。 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。为了能够尽快地扑灭火灾，防止火灾的进一步蔓延，寻找火灾根源，采取近距离作战的灭火方法是提高灭火效能的最佳途径，但是，凶猛的火灾往往使勇敢的消防队员无法靠近。 在化学灾害的处置过程中，由于事故现场的情况十分复杂，泄漏物的毒性、腐蚀性、易燃易爆特性或放射性等物质会使消防队员处于更加危险的境地。 谁能够帮助我们可爱的消防队员把灭火、救人和消灭化学灾害事故的处置工作做得更好？谁能够代替他们去承受死亡的威胁？答案是：消防机器人。 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： 自20世纪80年代末开始，我国消防部队装备归口研究单位公安部上海消防科学研究所，在公安部的支持下曾多次对作为灭火消防机器人重要组成部分的远控消防炮系统及相应的研究试验技术进行了立项研究，重点解决远控消防炮系统在油码头等场合的工程应用问题，目前该成果已成功地应用于我国众多的油码头、油罐区和飞机维修库等场合，相关产品在国内占据了80%以上的市场份额，产品和工程应用技术已经比较成熟，为我国消防机器人的研究奠定了良好的基础。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消防机器人，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。 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。 日本投入应用的消防机器人最多。80年代，日本研制了不少于5种型号的自动行驶消防机器人，分别配备于大阪、东京、高石、太田、蒲田等消防部门，这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或150m。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。 目前，美国已研制出能依靠感觉信息控制的智能化救灾机器人，如1994年用于探测阿拉斯加州斯珀活火山的“但丁2号”，抓获杀人犯的 RM1-9型遥控消防机器人等。亚利桑诺州消防部门研制的消防机器人，装有破拆工具和消防水枪，能一边破拆，一边喷射灭火。 英国智能化保安公司生产的 RO-VEH遥控消防车已装备于中部和西部消防部门，配置为履带式或轮式行驶机构，能爬楼梯，通过电缆供电或自携蓄电池供电。装有消防水炮、摄像机或热像仪，采用有线控制方式。1985年英国中西部消防部门和 F irma SAS公司联合研制的机器人消防车，用 H unter汽车改装而成，装有双臂，水枪，探测器(温度、化学物质、辐射等)、工业电视摄像机、红外线装置。机械手用来启闭阀门、搬移物品或开门等。 国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段(三代)，第一代是程序控制消防机器人，第二代是具有感觉功能的消防机器人，第三代是智能化消防机器人。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。 一个完整的消防机器人包括：能源、输入装置、控制器、输出装置。1、机器人的“感觉器官”输入装置 机器人的感知部分由各种各样的传感器组成，所有的智能机器人都装有传感器，用于感测外界信息，并将这些信息传输到主控系统。一些传感器很像我们人类的感觉器官，相当于人的眼睛、耳朵、嘴巴等等。在机器人领域中，传感器是非常重要的一种部件。认识各种传感器：碰撞传感器、光敏传感器、超声波传感器、温度传感器、灰度传感器等2、机器人的“大脑”控制器 机器人的大脑也如同人的大脑一样的工作，先对接收到外界信息进行分析、判断，然后做出决策，这一工作过程就是机器人智能的体现。3、机器人的“身体”输出装置 机器人的机械部分包括运动机械部分和非运动机械部分。主控系统发出控制信号，指挥机械部分作出相应的行动。感应声音启动、感应光源、电机行走以及启动风扇等。 智能消防机器人系统控制器模块以嵌入式微处理器ARM9为核心，传感器模块主要由红外测距传感器和远红外火焰传感器组构成，驱动器模块由大功率伺服直流电机和普通直流电机组成。依据沿墙行进规则和程序设计模块来完成机器人遍历房间、寻找火源并将其熄灭的程序编程。通过该设计完成的智能机器人系统可在8 S内完成任意房间的灭火，达到了国际先进水平，同时还提高了机器人运行的可靠性。 利用对角线原理不仅可以分析机器人的静态稳定性，而且还能在稳定性判断的基础上进一步搜寻下一个摆动腿，为步态生成提供数学手段。此外利用上述对稳定性的描述方法，控制器可以根据机器人设计尺寸，实时地计算出机器人机体系统所处的稳定状态，从而做出适当的有效姿态调整，使得机器人机体始终处于一个稳定的姿态而不至于摔倒。上述对角线原理，作为一种计算机器人稳定性的简单算法，为机器人的静态稳定性判断提供了依据。 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，