滅火救援中消防機器人的設計選型

郭濤

摘要：消防安全重于泰山，在發(fā)生火災事故時，消防救援人員發(fā)揮著非常重要的作用，能夠通過對火災的及時撲救，將火災造成的經(jīng)濟損失降到最低，保障人們的生命安全。但是，火災事故救援工作危險無比，對于消防員的生命安全威脅巨大，從保障消防救援人員生命安全的角度，提升消防機器人在滅火救援中的實戰(zhàn)能力非常必要。文章從消防機器人的分類和使用環(huán)境出發(fā)，對滅火救援中消防機器人的設計選型進行了探討。

關鍵詞：消防機器人;滅火救援;設計;應用

城市化進程的加快，帶動了高層建筑、地下建筑的發(fā)展，人地矛盾沖突使得城市的人口變得越發(fā)密集，一些特殊的環(huán)境會對火災發(fā)生時的消防救援工作產(chǎn)生巨大阻礙，一旦其發(fā)生火災事故，不僅周邊群眾的生命財產(chǎn)安全無法得到保障，消防救援人員在展開救援工作的過程中，也容易出現(xiàn)安全事故。基于此，越來越多的國家開始嘗試在消防救援中使用消防機器人技術。

一、消防機器人概述

消防機器人屬于特種機器人，在滅火以及搶險救援中發(fā)揮著不容忽視的作用。社會經(jīng)濟飛速發(fā)展背景下，火災事故發(fā)生的概率增大，在面對高溫、濃煙、有毒等環(huán)境時，如果缺乏相應的設備，貿(mào)然進入火場，很容易出現(xiàn)人員傷亡的情況。同時，地鐵、隧道、高層建筑等的增加，使得火災救援工作變得更加復雜。消防機器人可以代替消防救援人員進入危險災害事故現(xiàn)場，實施數(shù)據(jù)信息采集和反饋，對消防救援人員可能面臨的人身安全問題進行解決?，F(xiàn)場指揮人員可以依照消防機器人反饋的結(jié)果，對現(xiàn)場災情作出科學判斷，然后制定出有效的決策，為搶險救災指明方向[1]。

依照相應的滅火救援技術，可以將消防機器人分為幾種不同的類型：首先，依照機器人的具體功能，消防機器人包括了滅火機器人、救援機器人、偵測機器人等;其次，依照機器人的控制方式，消防機器人包括了有線控制機器人、無線控制機器人以及人工智能自適應機器人等;然后，依照機器人在作業(yè)中采用的探測技術，消防機器人包括了視覺探測機器人、觸覺探測機器人、紅外探測機器人等;最后，依照機器人的智能化程度，消防機器人包括了程序化機器人、計算機輔助控制機器人以及智能化機器人等。

二、消防機器人的使用環(huán)境

消防機器人本身屬于高科技產(chǎn)物，造價昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，日常保養(yǎng)維護和實戰(zhàn)應用需要投入大量的物力和財力，也正因為如此，消防機器人需要被應用在特定的環(huán)境中：

（一）高層建筑

高層或者超高層建筑火災的撲救一直都是一大難題，一方面，建筑內(nèi)部空間巨大，可燃物眾多，加上煙囪效應的存在，火勢會在極短的時間內(nèi)快速蔓延;另一方面，高層建筑的高度大，功能復雜，形式多樣，人員疏散難度大。將消防機器人應用到高層建筑火災救援中，可以實現(xiàn)對于現(xiàn)場火情的準確偵測，查明著火點的位置和火災類型，開展排煙、搜救以及滅火等功能，這樣既可以提高消防救援工作的效率，也可以避免消防救援人員的傷亡[2]。

（二）地下空間

地下密閉空間是消防機器人使用的主要環(huán)境之一，地下建筑本身具有密閉性，對外通道少，一旦發(fā)生火災，產(chǎn)生的熱煙氣容易聚集，火災現(xiàn)場會遍布濃煙，能見度低，消防人員在進行救援的過程中，容易出現(xiàn)窒息或者中毒風險。同時，封閉空間無法有效散熱，在溫度不斷升高的情況下，容易引發(fā)坍塌等事故，進一步增大救援難度。在使用消防機器人進行救援的情況下，能夠規(guī)避消防救援人員傷亡事故，也可以很好地對現(xiàn)場火勢進行控制，有著比較理想的火災救援效果。

（三）地鐵隧道

城市化進程不斷加快的背景下，從緩解地面交通壓力，方便市民出行的角度，地鐵隧道工程的數(shù)量呈現(xiàn)出了快速增長的態(tài)勢，而在地鐵及隧道工程中，需要設置大量的照明系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，一旦發(fā)生火災事故，電力系統(tǒng)會受到牽連，照明系統(tǒng)的崩潰使得消防救援人員面對黑暗的環(huán)境，很難實現(xiàn)有效的滅火和救援工作。消防機器人的使用，可以借助紅外探測技術、溫度感應技術等，準確定位火源和等待救援的人員，不需要照明就能夠自如行動，可以顯著提升消防救援的效率[3]。

三、消防機器人在滅火救援中的設計選型

以某小型消防救援機器人為例，從軟件和硬件兩個方面，對其設計進行簡單討論。

（一）軟件設計

在消防機器人軟件設計中，一般是采用序列控制的方式進行編程，但是這種情況下，程序必須按照一定的順序運行，任何時候都只能響應一個任務。對此，可以采用上位機程序控制軟件，其本身采用的是類結(jié)構(gòu)的控制模塊表達，方便對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行綜合管控，突出了模塊的完整性，可以為功能調(diào)試以及程序修改提供便利。同時，軟件具備了視圖和數(shù)據(jù)庫功能，方便用戶進行文檔及接口編制，可以實現(xiàn)對于消防機器人的有效控制，確保機器人的可靠運轉(zhuǎn)。

（二）硬件設計

在針對消防機器人硬件進行設計的過程中，需要先對其預期功能進行明確，該機器人主要用于斜坡行走以及室外環(huán)境下的快速營救。結(jié)合相關研究資料，初步確定了三種不同的硬件方案：第一種方案是利用階梯桿臂，通過起落的方式來實現(xiàn)救人，配合履帶式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)斜坡區(qū)域的穩(wěn)定行走;第二種是借助旋轉(zhuǎn)臂桿的上下控制來救人，斜坡行走同樣選擇履帶式結(jié)構(gòu)，在機器人前端添加大型三角輪來拉動;第三種方式是借助折疊型臂桿實現(xiàn)起落救人，斜坡行走依然是采用履帶式結(jié)構(gòu)，在尾翼位置加上了可以彎曲的大輪使其在平緩區(qū)域能夠有更快的移動速度[4]。

對比三種方案，最終選擇第三種作為硬件設計方案，因為其相比較前兩種的適應能力更強，穩(wěn)定性也更好。在設計環(huán)節(jié)，對于折疊桿臂的起落問題，經(jīng)過多種方式的對比分析，最終選擇使用蝸輪蝸桿，以電機帶動其升降，桿臂之間的連接采用蝸輪蝸桿，可以向著不同的方向靈活轉(zhuǎn)動，起到最佳的救人效果。另外，在平地和斜坡上，機器人采用了不同的行走方式，通過在左右輪各設置一個電機的方式，配合網(wǎng)絡中心的遠程控制，可以實現(xiàn)左右輪運行速度的靈活變化。

在電機轉(zhuǎn)軸與輪子之間，設置了橫向軸承，能夠避免軸承打滑的情況。消防機器人設計的核心目的，是火場救援，對于人員的營救主要是通過設置在桿臂上的鏈條結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，鏈條結(jié)構(gòu)本身能夠自由延伸，設置有相應的自動化結(jié)構(gòu)，在救人時，安全艙門自動化打開，將鏈條伸向目標，人員可以跳到安全艙門上，進入安全倉后，艙門關閉，再點擊內(nèi)部設置的控制按鈕，機器人會運行到安全位置，然后將人員放出。機器人后推輪設置有折疊功能，可以方便其在平面與斜坡間的自由轉(zhuǎn)換[5]。

四、結(jié)語

總而言之，以科學技術的飛速發(fā)揮為支撐，消防機器人在滅火救援中得到了較為廣泛的應用，也取得了理想的成效。應該明確，消防機器人作為高新技術，對于設備的精密度要求極高，想要確保其在滅火救援中的有效應用，需要加強實戰(zhàn)階段的技術研究，同時要求消防工作人員熟悉消防機器人技術的應用方法，推動消防機器人技術的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李傳杰.滅火救援實戰(zhàn)中消防機器人技術的應用措施[J].數(shù)字技術與應用，2022（02）：66-68.

[2]汪志明.消防機器人在滅火救援中的運用[J].消防界（電子版），2022，08（03）：50-51.

[3]黃汝磊.消防機器人滅火救援應用技術研究[J].消防界（電子版），2021，07（20）：87+89.

[4]黃小龍，郭一冉，高陽臻，等.消防機器人研究進展與分析[J].消防科學與技術，2021（10）：1501-1504.

[5]管永賀.消防機器人滅火救援應用技術的分析[J].消防界（電子版），2020，06（22）：57-58.