體感消防機器人

郭家豪+尉蕾+韓澤凱+劉利平

摘 要：為避免消防員在滅火過程中發(fā)生意外，文中設計了一款體感消防機器人。該機器人采用體感技術(shù)，可通過人體頭部、手臂的運動遠程控制機器人做相應的動作，同時該機器人還可攜帶多種傳感器，將現(xiàn)場實時環(huán)測參數(shù)傳回客戶端，方便消防員分析現(xiàn)場情況，及時完成滅火任務。

關鍵詞：體感技術(shù)；傳感器；消防機器人

1 作品簡介

隨著科技對生活各領域的全面侵入，當危難來臨時，我們亦可充分利用科技力量來與“災難”作斗爭。體感消防機器人實物如圖1所示。

有感于救火工作的危險性及“天津爆炸”事件的發(fā)生，我們研發(fā)了“體感消防機器人”。該裝置采用體感技術(shù)——攝像頭隨頭部運動，使操控者可以身臨其境觀察現(xiàn)場火勢；滅火噴射裝置與手臂同步運動，可實現(xiàn)仿人滅火工作。盡量保障操控者（消防員）處在安全距離之外來實現(xiàn)滅火工作。同時，該裝置亦能攜帶多種環(huán)境檢測傳感器，在滅火的同時將現(xiàn)場實時環(huán)測參數(shù)傳遞到遠程客戶端，以輔助工作人員對現(xiàn)場情況進行深入分析。

面對熊熊燃燒的大火，我們希望消防員能夠通過佩戴3D眼鏡及相關體感裝置來操控“體感消防機器人”，實時分析火場數(shù)據(jù)，制定科學的方案，實現(xiàn)遠程滅火，而非用血肉之軀在火場穿梭。

2 工作原理

體感消防機器人采用體感、遠程控制以及無線傳輸技術(shù)代替消防員深入熊熊燃燒的大火中，可實時顯示火場區(qū)域的環(huán)境變化情況，消防員只需遠程控制便可達到滅火的目的。滅火程序如圖2所示。

體感消防機器人裝有攝像頭，機械臂，檢測傳感器組等裝置。消防員佩戴機器人套裝，手持搖桿可以隨意控制小車的方向，且體感消防機器人體型小巧，可以快速找到火源。通過頭部的移動，手機將會讀取陀螺儀的值，通過WiFi將其傳入上位機顯示，同時還會上傳到攝像頭云臺，可通過人的頭部運動來遠程控制攝像頭的視野。體感裝置讀取陀螺儀數(shù)值后將其通過藍牙傳輸?shù)缴衔粰C顯示，再通過WiFi將其傳輸?shù)綑C械臂，達到通過人體手臂運動來控制機械臂運動的目的。小車上裝有溫度傳感器，當其進入火場后，便將采集到的數(shù)值無線傳輸?shù)缴衔粰C及手機端，供消防員制定科學的消防計劃。

手機端使用安卓自編的App實時顯示體感消防機器人的拍攝畫面，可將采集到的溫度值以可視化的界面顯示，消防員可直觀分析溫度的變化，同時手機端還可查看機械臂的行動角度，及時糾正滅火的角度誤差。

上位機部分可實時顯示火場畫面，指揮官便可實時監(jiān)測滅火情況，同時上位機還會將采集到的溫度值以及陀螺儀值的變化儲存于數(shù)據(jù)庫中，為體感消防機器人的改善提供數(shù)據(jù)依據(jù)，同時還可為本次滅火提供理性分析的依據(jù)，有助于專家分析起火原因。

3 創(chuàng)新點

（1）利用體感技術(shù)同步消防機器人噴射手臂的運動，操控者可靈活控制噴射角度。

體感消防機器人代替操控者進入火場，操控者通過自己的手臂達到同步控制噴射裝置運動的目的，可靈活改變噴射角度，優(yōu)化噴射效果。

（2）體感消防機器人自身攜帶攝像頭，現(xiàn)場畫面實時回傳于操控者佩戴的3D眼鏡中，使其實現(xiàn)身臨其境觀測的目的。

操控者佩戴含攝像頭控制器的3D眼鏡，通過頭部的運動來控制攝像頭的方向，真實呈現(xiàn)現(xiàn)場情景，助其辨別火勢，并將實時畫面?zhèn)骰財?shù)據(jù)中心，指揮官可以實時分析制定最佳的滅火計劃。

（3）體感消防機器人攜帶傳感器組，可實時采集火場數(shù)值。

體感消防機器人攜帶的傳感器組可實時將采集到的數(shù)據(jù)上傳于操控者的手機客戶端與數(shù)據(jù)中心，操控者可以實時分析危害物成分，制定滅火計劃，同時數(shù)據(jù)中心存儲采集到的數(shù)據(jù)，便于之后對火災的分析與總結(jié)。

4 市場前景

21世紀，隨著城市建設的飛速發(fā)展，各種大型、高層建筑物如雨后春筍般拔地而起，他們空間高、跨度大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局復雜，功能及用途繁多，可燃易燃物質(zhì)多，一旦發(fā)生火災，火勢易于蔓延成災，同時還會產(chǎn)生大量黑色濃煙和有毒氣體，四處擴散，使得著火和大面積未著火的空間被其籠罩，將消防員遠遠隔離在著火部位之外，無法接近火場，使消防隊難以控制火勢，撲救火災難度大。因此迫切需要具有能自主進入火場，尋找火源，及時近距離撲滅火災等功能強大的，能代替消防員完成急難險重任務的特殊消防裝備。

雖然市面上已有智能消防系統(tǒng)，但往往通過機器人自身佩戴的多種傳感器來實現(xiàn)自我避障，自我尋找火源，自我滅火等功能。這種智能消防系統(tǒng)沒有消防經(jīng)驗，判斷錯誤概率較大，極可能使消防人員錯過最佳滅火時機。

我們研發(fā)的體感消防機器人更多是通過遠程控制，火災現(xiàn)場的畫面通過攝像頭實時傳輸?shù)较绬T面前，并配有溫度傳感器，有助于消防人員分析現(xiàn)場火勢，通過手臂的移動來控制機械臂的大方向，實現(xiàn)遠程滅火的目的。該智能裝置具有高可靠性與穩(wěn)定的監(jiān)視功能，消防員可以借助該體感消防機器人來實時分析現(xiàn)場火勢，及時完成滅火任務。endprint