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现代消防特种设备――消防侦察机器人

供稿人:罗天雨  供稿时间:2010-12-6   关键字:消防  机器人  设备  
消防侦察机器人可以替代消防救援人员进入易燃、易爆、有毒、有害等危险的灾害现场,进行现场侦察,并进行图像、数据等信息采集,有效地帮助消防人员进行抢险救灾。国际上,美国和俄国是较早研究消防机器人的国家,之后,日本、英国、法国等国也纷纷开始研发该项技术。目前,消防侦察机器人已经成为各国消防技术领域的研究热点,已有多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。
 

美国Automatika公司与Carnegie Mellon University联合研制的侦察机器人Pandora是根据城市地形所设计的侦察机器人,该机器人采用履带车轮驱动平台,可以越过大的障碍物、沟、台阶和路阶等,负载37kg,行驶速度134m/min,爬坡高度16英寸(406mm);其通讯方式为无线通讯,通过射频传递视频和音频信号的反馈。Pandora建立在一个中枢环境密封的外壳上,外部执行系统驱动独立联接履带车轮模块,顶部具有碳纤维外壳保护。系统可以上下驱动以及自复位,可替换部件包括了轮子、履带或脚等,以适应不同的复杂地形。机器人装备的传感器为微型摄像机和立体声系统。

图1 侦察机器人Pandora

美国NASA JPL Robotics研究的HAZBOT III移动机器人用于对危险陆地环境,特别是对具有危险物质的地区的探测。该机器人的技术指标为:6自由度的机械手,彩色照相机(可自动对焦和自动调整光圈,带麦克风),履带传动(最高速度1126米/小时);承载能力40lb,机械臂负责能力30lb,100米范围内与操作者的双路通信(图像、声音、数据),运行时间3小时;化学传感器包括:AIMUSA3300化学气体传感器,OX、CO等可燃气体传感器等,传感器集成在操作臂中,通过机械夹子尖端采样。

图2 HAZBOT III移动机器人
 
日本东京消防厅研制的用于掌握火灾现场情况的侦察机器人装有红外电视摄像机、温度传感器、浓烟中摄像装置、烟气浓度分析装置、温度传感器、收音和扩音装置等。具有爬楼梯和打开房门等功能,机器人长2.3m,宽0.75m,能够上下楼梯(倾斜度不超过42°),在楼梯台阶上能自由转向;具体侦察内容包括火灾内部情况、是否有人、着火点位置、周围温度、烟气浓度和发出的各种声响等。
日本消防研究所开发出一种小型机器人,名为FLYGO,它能进入充满毒气和放射性物质的危险场所收集信息,帮助救灾。这种机器人分为3种类型,长宽尺寸均为36厘米,高l2厘米,重5至l0公斤,能爬上倾角20至30度的斜坡。工作人员可通过电脑和遥控装置操纵其工作,最远遥控距离为100米。该机器人配备了照相机,根据需要,还可为其加装感知器和灯光投射装置等。
俄国国立大学研发的移动消防机器人可用于火灾救援、机场安全和各种特殊情况的消防侦察灭火。移动消防机器人安装有视频系统、红外线传感器、小型泡沫灭火装置。移动速度可达1m/s,负载重量100kg,无线电遥控距离可达1000m,电缆控制距离为200m,外形尺寸1.2×0.7×0.6。
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。公安部上海消防科学研究所、上海交通大学等单位共同研制成功了中国第一代消防机器人。机器人本体由行走部分、遥控消防炮、防爆系统、图像传输系统、探测系统和冷却自卫系统等构成,其探测系统根据消防机器人正压防爆控制、安全自卫、化学检验、火情侦察的要求,共设计使用了13路外部和3路内部传感器,分别用于探测火灾现场的可燃气体浓度、有毒有害气体种类及浓度、机器人前后及侧向辐射热、机器人内外部的温度等参数,其信号传输是通过电缆的方式进行。
台湾国立中正大学的研究人员对智能化机器人火灾侦察系统进行了研究,采用了多传感器火灾侦察方法,利用烟气传感器、火焰传感器、温度传感器和紫外线传感器侦察火灾的发生。
 
部分消防侦察机器人技术指标

 
美国
HAZBOT III
日本
FLYGO
俄国国立大学
消防机器人
美国
Pandora
遥控距离
100m
≤100m
1000m
/
行驶速度
19m/min
/
60m/min
134m/min
探测功能
照相、声音、化学、可燃气体传感器等
照相、感知器和灯光投射装置等
视频系统、红外线传感器、小型泡沫灭火装置
探测视频和音频信号

 
上表是国外部分消防侦察机器人的技术指标,目前使用的消防侦察机器人主要仍然是以遥控为主,但未来发展趋势则是更加智能、自主运行的智能化机器人,可以提供远程视频、语音、化学、可燃和有毒有害气体探测等功能。
 
 
除了消防侦察机器人的相关产品和科研成果,国内外研究人员还申请了多种消防机器人的专利,如美国专利“Mobile detection system”(专利号:US5446445,公开日:1995.08.29)涉及一种用来探测在房屋内或办公室内火灾,气体泄漏和非法侵入者的异常状况并把上述异常状况警告消防站,警察局或远离该房屋或办公室的居住者的可移动监视设备。它包括一个自推进的可移动的机器人,机器人带有传感器,监视器,通信控制单元。当机器人用其传感器探测异常状况时可在房屋内或办公室内导航。当探测到异常状况时,它与监视装置和通信控制单元开始通信。其传感设备包括了摄像机、超声传感器、红外线传感器、声检测传感器、温度传感器、电离传感器以及一个第二微计算机。
 
国内公安部上海消防研究所是消防机器人研究领域的主要机构之一,申请了多项消防机器人专利技术,包括发明专利“具有防爆特征的消防侦察机器人”(申请号:200610107958.6,申请日:2006.07.26),具体涉及一种具有防爆特征的消防侦察机器人,机器人由移动载体、外壳、传感器装置、正压防爆设备、防爆部件、无线数据传输装置组成,无线数据传输装置由车载装置和后方指挥装置组成。传感器装置位于由移动载体和外壳组成的机器人本体中,结合正压防爆设备使得机器人本体具备正压防爆功能,加上本身所配备的防爆部件,实现消防侦察机器人整体防爆,以替代消防救援人员遥控进入易燃、易爆、有毒、有害等室内外危险灾害现场,进行现场探测、侦察,并通过无线数据传输装置进行采集信息的即时处理和实时传输,为后方消防指挥人员提供技术支持,并且有效地解决了消防侦察人员在上述场所所面临的人身安全、持续侦察时间短、数据采集量不足及信息无法实时反馈等问题。
 
随着国内外各种消防侦察机器人产品和专利的研发,越来越多功能完善的机器人将应用到火灾消防救援领域中,机器人参与灭火与救援可以帮助人们解决很多困难,同时减少了相关人员可能会遭受的各种风险,是未来消防救援技术的发展方向。
 

 

 

 

 

 

 

 


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