消防机器人.

消防机器人小组成员：陈丹，于倩，武乐消防机器人的介绍消防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。消防机器人-背景介绍随着社会经济的迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有相应的设备贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡，这方面公安消防部队已历经诸多血的教训。尤其是当新消防法出台后，抢险救援已成为公安消防部队的法定任务，面对新时期面临的新情况新任务，也为了更好地解决前述难题，消防机器人的配备显得日益重要。消防机器人-发展历史机器人自60年代初问世以来，经历40余年的发展，己取得长足进步，社会各行各业皆可见其身影。从1986年日本东京消防厅首次在灭火中采用了“彩虹5号”机器人后，消防机器人就逐渐在灭火救灾领域得到广泛的应用，消防机器人技术也得到快速的发展。截至目前，消防机器人已经稳步向第三代高端智能机器人前进。消防机器人-发展现状常言道水火无情，这其中道出了水火对人类的威胁及人们对水火的无奈。提起火灾，人们会联想起一起起悲剧。据有关部门统计，仅1995年一年我国就发生火灾38000起，死亡2233人，受伤3770人，直接经济损失10.8亿多元。1997年发生火灾14万余起，死亡2722人，伤4930人，造成财产损失15.4亿元。多么触目惊心的数字啊。面对无情的火灾，公安部上海消防研究所、上海交通大学、上海市消防局共同制定了研制消防机器人的计划。经过3年的研究，我国第一台消防机器人已经诞生。消防机器人可以行走、爬坡、跨障、喷射灭火，可以进行火场侦察。消防机器人-优缺点1、无生命损伤性。消防机器人作为一种无生命载体，在面临高温、有毒、缺氧和浓烟等各种危险复杂的环境时，在人力所不及之处可充分发挥其作用，大大减少消防人员伤亡。2、可重复使用性。消防机器人作为一种特殊武器装备，在细心维护保养的同时，可反复多次使用，发挥其效能。3、人工智能性。现代机器人是人工智能、神经网络、计算机技术、自动控制、电力电子、模糊控制和机械工业等高端学科的结合体。1、维护保养复杂。由于消防机器人属于高新技术的结合体，对操控、维护保养人员有一定的要求，专业方面要求有一定的知识。2、造价高昂。由于消防机器人属于高等学科知识和各项先进高新技术的集合体，研制时间较长，研制经费较高，且生产数量并不多，造成价格普遍昂贵，不能大量配备消防部队。消防机器人-分类行走方式•（1）轮式行走消防机器人（2）履带式行走消防机器人（3）履带轮式行走消防机器人等。主要功能•（1）灭火机器人（2）火场侦察机器人（3）破拆机器人•（4）危险物品泄漏探测机器人（5）救人机器人（6）多功能消防机器人等。控制方式•（1）线控消防机器人（2）无线遥控消防机器人（3）自适应消防机器人等。感觉功能•（1）视觉消防机器人（2）嗅觉消防机器人（3）温感消防机器人•（4）烟感消防机器人（5）触觉消防机器人等。智能化程度•（1）程序化控制消防机器人（2）有感觉功能计算机辅助控制消防机器人（3）智能化消防机器人等。消防机器人–功能介绍①移动功能：操作人员通过遥控台远距离控制消防机器人本体驶入火场；②消防功能：接近火源，喷射灭火剂灭火，进行冷却，稀释，清洗，隔离等消防、化学救援作业；③探测功能：探测火场内有毒及可燃气体种类、浓度及变化趋势；探测火场内辐射热、风速、风向；④防爆功能：本体在易燃、易爆环境中作业不会引起火灾和爆炸；⑤冷却功能：本体在高温的恶劣环境中能保护自身的安全，正常工作；⑥救护功能：呼唤火场内部可能有的未撤离人员；⑦观察功能：安装有两个CCD摄像机，可以观察火场和机器人本体情况；⑧通讯功能：有图像声音数据传输功能，传输距离150米；⑨预警功能：功能：根据探测结构可以预报紧急情况发生，并有相应应急处理能力。消防机器人——系统结构消防机器人系统主要由五部分组成：机器人移动平台，人机接口（机器人控制台），控制系统，现场监视系统（立体场景显示）和上、下位机通讯系统。操作员通过监视器和立体场景显示了解机器人的姿态和有关环境信息，操纵操作杆控制机器人的速度和转向角速度，通过键盘或控制开关进行功能切换，通过串行通讯将上位机的控制指令发给下位机，下位机进行任务规划，通过驱动器来控制机器人。消防机器人的后方控制台以及供电、泡沫消防车等构成了消防机器人的后方控制和供应系统，另一部分以消防机器人的车体为主体，集行走、化学侦检、温度和辐射热探测、火情侦察、火情侦察、灭火、正压防爆等主要功能与一身。车体运动所需电力控制、侦检、视频等信号均通过电缆传输，消防炮的供水或泡沫液通过水带输送，对消防机器人的控制通过对后方控制台的操作完成，操作人员根据对车体运行姿态，炮的喷射点直接观察以及后方控制台显示的从前方送回的温度、辐射热、前后摆臂状态、火场场景及化学侦察结果等通过人际操作界面对车体发出相关的控制指令。车体所携带的控制系统一方面根据从后方控制台发来的指令对相应的设备发送控制信号，另一方面负责将现场采集的各项参数，信号传送给后方控制台，以帮助操作人员进行科学合理的决策。消防机器人——控制系统硬件设计消防机器人控制系统硬件主要由上位机和下位机两部分组成，分别以ICP（工控机）和PLC（可编程序控制器）为控制核心。上位机负责采样操纵杆的模拟信号和控制台控制按钮的状态信息。操纵杆有两个正交的电位器，分别用来测量X,Y方向上的电压信号。该信号经过A/D转换，通过转接板DI（数字信号输入）板传给上位机。上位机读取该数字信号，并由此计算机器人左右驱动轮的行驶速度，通过串行通讯将它传送到下位机控制器的频率设定选择输入点来控制移动载体的行驶速度。左、右轮的速度控制参数由下述公式计算：V左=(J横向+J纵向）/2V右=(J横向+J纵向）/2J为操纵杆电位器电势测量值。V为左右驱动轮的速度，符合为正表示正转，为负表示反转。通过左右驱动轮的正反转和不同的速度档控制移动载体的前进、后退和左右转向。控制台操作面板主要是控制四个摆臂、水炮的运动、CCD的调焦和变焦、喷雾、正压以及探测。下位机主要由S7-CPU214、三个数字量输出模块EM222、一个模拟量输入模块EM231（输入点数为3，模数转换时间为25us），2个变频器、探测传感器，采样控制模块以及电源系统等组成。CPU214作为下位机的控制核心，主要是存储和运行控制程序、与上位机以及扩展模块之间的通讯和控制左右驱动轮的速度。我们将变频器的参数设定为最大速度模式，具有制动启动和停车功能，防止在斜面上行进时出现失控现象和频繁急启、停车对机械系统造成损坏。利用上位机发送的速度信号控制变频器的频率设定选择实现移动载体的速度控制。DLKG模块为多输入三输出模块，由采样控制模块来控制选通传感器输入。因为EM231只具有3路A/D转换，而需要采样的传感器信号有16路，因此要对这16路信号进行循环采样。上，下位机的信息通过串行通讯来进行通讯。上位机的通讯口为ICP的COM1口，通讯协议为RS232通讯，器通讯距离较短，而消防机器人的遥控距离最远为150米，另外，PLC的通讯协议采用的是RS485通讯，为此选用RS232/PPI转换模块，采用PPI通讯方式。上位控制系统程序结构图线程1主要监测机器人在运行过程中的姿态，前后四个摆臂的摆角，车体的侧倾角和俯仰角，以及速度和传感器检测的结果，线程2的控制台监测主要检测控制台操纵杆和各控制按钮的开关状态，线程3负责上位机的通信，将上位机的控制参数向下发送到下位机和接收下位机传送的数据，并进行数字滤波处理。线程4主要处理如通信中断，车体严重倾斜或俯仰有可能造成失控或翻落等事故时的紧急、危险情况。线程5的专家系统辅助决策主要根据传感器信息提示操作员执行正确的操作。下位机程序流程图下位机接收上位机的控制命令控制PLC和扩展模块的I/O点状态，程序流程图如图所示。通信采用中断方式，这样可以缩短程序执行周期，提高响应速度。