多方位灭火机器人

多方位灭火机器人 摘要：为了减少因火灾引起的国家财产损失和灭火救援人员伤亡开发了多方位灭火机器人，利用伞齿轮传动机构改变转向的功能实现自动喷水系统在水平面内360的旋转，利用摇块机构实现自动喷水枪在垂直面内的自由摆动，二者组合达到在固定地点增大灭火范围的效果 关键词：多方位；减速器；齿轮传动；摇块机构；360旋转 1.引言 近几年来，我国每年发生火灾约4万起，死亡2000多人，伤残4000人左右，每年火灾造成的直接经济损失达10多亿元。因此消防工作很重要。 灭火机器人技术，自60年代初问世以来，经历40余年的发展已取得了长足的进步。它是一项综合性的学科，文献1对智能型机器人进行了详细的介绍，提出将智能机器人应用于火灾救援的观点，智能灭火机器人的应用将会大大提高灭火效率。文 献2对自动喷水灭火系统设计施工中喷头布置、报警阀组、消防水箱及水泵接合器等问题进行了明确的规定和要求。 2.发展现状 灭火机器人属于消防机器人的一种，主要担任扑灭火源的功能，而消防机器人属于特种机器人范畴。消防机器人往往需要在高温、强热辐射、浓烟、复杂地形、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环境中进行火场侦察、危险品探测、灭火、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业。综合以上功能，作为多方位灭火机器人，必须具有的是移动性能、三防性能、数据采集和分析性能，可控制性能，才能突出发挥自己的在扑灭火情这方面的优势。 3.研究内容 3.1 研究目的 针对现有技术的局限性及应用场所的特殊性，提供一种有效可实行的设计方案，并广泛应用到现实火灾救援之中，尽量将人从这危险复杂的火灾现场解放出来，最大程度的确保消防人员安全和救援效果。结合已有的成熟技术，以实现最初的多方位自动灭火目的。 3.2 技术方案 为实现360旋转喷水和调整水枪仰角，经过学习探讨，决定利用电动机正反转、减速器、伞齿轮传动等机构实现灭火机器人喷水系统的360旋转，利用摇块机构、活塞往复运动实现水枪仰角的调整，这二者的组合使得灭火机器人可以在狭小空间、固定位置完成全方位大空间覆盖的消防工作，灭火实施过程更彻底、更快速，同时确保消防员的操作安全。 3.2.1多方位灭火机器人的水平旋转 为实现多方位灭火机器人的360旋转，采用伞齿轮啮合传动，其有以下优点：可以增大接触比也就是增加了重叠系数，减轻冲击，使传动更稳，噪音降低；负荷比压降低，磨损较均匀，相应增大了齿轮的负载能力，使用寿命变长；可以实行大的传动比，小轮的齿数可以少至5倍；可以进行齿面的研磨，以降低噪音，改善接触区和提高齿面光洁度。 利用安装在原动机与工作机之间的斜齿圆柱轮减速器，降低转速，增加扭矩，为后面的伞齿轮提供平稳和足够的动力来源。通过皮带传动，将减速器上输出的低速大扭矩动力传递到小的伞齿轮轴上，再次利用伞齿轮啮合（图3-1）实现旋转台的旋转运动。 图3-1伞齿轮啮合示意图 利用交流接触器的双重互锁原理3完成360的任意旋转控制，与电动机配合，来实现正反转的自由转换控制。 3.2.2喷水系统垂直方向的摆动 图3-2多方位灭火机器人喷水系统 利用曲柄摇块机构实现喷水系统的摆动。曲柄摇块机构结构如图3-2，摆角范围受到机架的限制，不能实现360旋转。导杆为一刚性构件，限制水枪的摆动角度范围小于90。由液压缸提供动力，使得水枪在垂直方向摆动。水枪与水平面的夹角较小时，有利于控制较低处的火源，当火源在较高处时，液压缸提供液压，推动摇块机构的伸缩，从而增大水枪与水平面的夹角，向高处喷水控制火势。 3.3 整体结构 表3-1主要部件明细表 序号名称作用数量 1下箱体支承和固定轴系部件，保证传动零件正常啮合、密封的基础件1 2紧固螺栓连接固定上下箱体14 3上箱体支承和固定旋转盘，密封整个箱体1 4旋转圆盘支承和固定水枪、液压缸等部件，保证曲柄摇块机构运动的实现1 5大齿轮啮合传动1 6水枪喷水灭火1 7液压系统为液压缸的活塞提供动力1 8活塞缸活塞往复运动实现水枪的摆动1 9紧固螺母旋转圆盘的轴向定位1 10小齿轮啮合传动1 11小齿轮轴支座支承和固定小齿轮轴2 12小齿轮轴支持小齿轮的旋转运动1 13车轮主轴支座支承和固定车轮轴旋转运动2 14车轮心轴支持车轮的旋转运动4 15推力轴承支承和固定大齿轮轴的旋转，承受轴向力1 16大齿轮轴支持大齿轮的旋转运动1 17轴端支撑支承和固定大齿轮轴的旋转，承受轴向力1 注：其它的轴承、轴套、螺母等细小部件属于标准件。 将上述两个核心部分和其他辅助部分组合，就可以实现总体结构（图3-3）。 主要的构件在图3-3中一一对应指出，具体说明如表3-1。 图3-3多方位灭火机器人的主要部件示意图 4.结束语 随着科技的发展，灭火救援工作会越来越受到重视，因此灭火机器人的发展也愈加重要，结合现已有的技术改善灭火机器人，使之能够应对各种复杂的空间环境以及危险灾情是消防机器人未来的发展方向。多方位灭火机器人可以克服空间的局限性并有效快速的控制火势，具有较大可行性，在以后会有广阔的发展空间。灭火机器人的产生，不仅仅是科技的进步，更是社会人性化的象征，超强的控制火情能力，不仅仅战胜了无情大火，更加保护了消防员的安全。 参考文献 1