摘要：本文主要是研究融合多學(xué)科，具有多功能的偵查滅火機(jī)器人，通過電路板主控系統(tǒng)的總體控制，利用傳感器進(jìn)行火焰和障礙的檢測(cè)，通過控制步進(jìn)電機(jī)和機(jī)器手臂來實(shí)現(xiàn)偵查滅火機(jī)器人的每一個(gè)行動(dòng)，它可以自動(dòng)避障、自動(dòng)尋找火源、自動(dòng)滅火。
　　關(guān)鍵詞：人工智能，自動(dòng)控制，偵查
　　1前言
　　隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，在社會(huì)財(cái)富日益增多的同時(shí)，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性也在增多，火災(zāi)的危害性也越來越大。各種不可避免的火災(zāi)頻繁出現(xiàn)，給社會(huì)造成了許多隱患。在長(zhǎng)春就出現(xiàn)了天元大廈大火災(zāi)的慘痛教訓(xùn)，所以隨著社會(huì)與國家的發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)的同時(shí)，各種火災(zāi)的及時(shí)撲救已成為了迫在眉睫需要解決的問題。救火早一刻就少一分的損失。救援人員固然很快，但也需要一定的時(shí)間，而且進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)還有一定的危險(xiǎn)，甚至危及生命。近幾十年中，大量的高層，地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不能快速高效的滅火。為了解決這些難題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，研制一種偵查滅火機(jī)器人是十分必要和有實(shí)際現(xiàn)實(shí)意義的。
　　2機(jī)器人整體運(yùn)作方案分析
　　本機(jī)器人利用了單片機(jī)通信技術(shù)，工作人員在火場(chǎng)外的安全區(qū)域內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，由于機(jī)器人體積小，活動(dòng)靈活，使其能安全、快速的找到火源，將火撲滅。為消防營(yíng)救工作爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。滅火機(jī)器人采用360度可旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂，可夾帶消防噴頭至火場(chǎng)，這樣便可控制噴頭噴水方向，機(jī)械臂上置有CCD高清攝像頭，在滅火過程當(dāng)中，通過攝像頭反饋來的信息判斷水壓是否供給到位，火場(chǎng)是否有殘余火源等等。另外，機(jī)器人底盤采用履帶式的設(shè)計(jì)，使其能穿行于各種地形。而履帶是用特殊材料制成，耐高溫，增強(qiáng)了本機(jī)器人在火場(chǎng)的耐用性。底盤上也裝有CCD攝像頭，可以方便操作人員清楚地知道機(jī)器人所在的方位。控制臺(tái)電腦和機(jī)器人上的機(jī)載控制器采用無線通訊方式,通過電腦控制界面對(duì)機(jī)器人發(fā)出指令并接受回饋信號(hào),指揮機(jī)器人在定位后完成各項(xiàng)功能作業(yè)。由于是采用直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以不能攜帶笨重的水箱作業(yè)，將水箱留在火場(chǎng)外，機(jī)器人只夾帶噴頭作業(yè)，這樣既減少了機(jī)器人動(dòng)力來源的功耗，又方便其在狹小的環(huán)境中作業(yè)。
　　3機(jī)器人的系統(tǒng)組成
　　（1）步進(jìn)電機(jī)
　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。
　　步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電機(jī)。它將電脈沖的信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，非常適合于用單片機(jī)來控制。步進(jìn)電機(jī)具有如下一些特點(diǎn)：
　　a)在負(fù)載合適、控制合適的前提下，步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格的成正比，因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。
　　b)由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)、又非常可靠。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。
　　c)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停，正反轉(zhuǎn)和變速。
　　d)速度可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證比較大的轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
　　e)步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。
　　f)當(dāng)負(fù)載較大、沖擊負(fù)載、或者控制不合適的情況下，步進(jìn)電機(jī)存在震蕩和失步的現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。
　　g)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。
　　（2）CCD攝像頭
　　CCD，英文全稱：Charge-coupledDevice，中文全稱：電荷耦合元件。可以稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。經(jīng)由外部電路的控制，每個(gè)小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。
　　（3）旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂
　　本機(jī)器人的制作核心便是這個(gè)自由度非常高的旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂上，由320mm、360mm的兩段鋼架支撐，下面的鋼柱固定在可360度旋轉(zhuǎn)的圓盤上，上下兩個(gè)鋼柱間用電機(jī)控制其垂直角度，上面鋼架尾部有一個(gè)夾子，能夾住消防水槍的噴頭，完成滅火任務(wù)。
　　4機(jī)器人功能
　　（1）火情偵查。
　　機(jī)器人的平衡作業(yè)臂采用3節(jié)1m的結(jié)構(gòu)，可繞軸做90°俯仰運(yùn)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼索完成拉伸和收縮，可由1m伸展至3m。為取得來自于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信號(hào)，在作業(yè)臂前端云臺(tái)上安裝彩色CCD攝像機(jī)，視頻信號(hào)采用無線傳輸?shù)姆绞剑�在地面控制臺(tái)的顯示屏上可對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)直接監(jiān)控，并及時(shí)調(diào)整機(jī)器人的作業(yè)動(dòng)作。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求加裝溫度傳感器探測(cè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的溫度，可燃?xì)怏w傳感器探測(cè)建筑物內(nèi)部可燃?xì)怏w的含量以防止自燃的發(fā)生。
　　（2）救援和滅火。
　　機(jī)器人自身配有攜帶水槍頭的機(jī)械手臂、照明燈和載物箱。載物箱可根據(jù)需要裝載氧氣罩、急救工具等。機(jī)械手臂上的水槍頭可以進(jìn)行滅火，照明燈可為現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)提供照明，還可以幫助受災(zāi)人員。
　　5綜述
　　目前,已有很多種不同功能的消防機(jī)器人用于救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。從各國的研究情況來看,消防機(jī)器人應(yīng)具有三個(gè)方面的作用:在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)火情的偵察;能夠?qū)Ρ焕Щ鹬械娜藛T進(jìn)行有效地救助;能夠攜帶一定量的滅火劑進(jìn)行滅火。
　　滅火機(jī)器人屬于特種機(jī)器人范疇，它作為特種消防設(shè)備可替代消防隊(duì)員接近火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項(xiàng)火場(chǎng)偵查任務(wù)，尤其是在危險(xiǎn)性大或者消防隊(duì)員不易接近的場(chǎng)合，滅火機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對(duì)減少國家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]陳伯時(shí)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002
　　[2]胡傳平面向新世紀(jì)的我國消防機(jī)器人瞻望[J]消防科學(xué)與技術(shù)，1999，18（4）：57-58
　　[3]陳引初消防機(jī)器人整機(jī)穩(wěn)定性研究[J]消防科學(xué)與技術(shù)，2004，23（4）：359-361