侦察灭火机器人

最近几十年中, 大量高层建筑和地下建筑以及大型石化企业不断涌现。由于这些建筑和企业生产的特殊性，一旦发生火灾，仅靠消防队员很难快速高效灭火。为了解决这一难题，用最快的时间救助火灾中的受害者，最大限度的保障消防人员的人身安全，消防机器人应运而生。

　　从功能上划分，目前的消防机器人有4大类，即灭火机器人、侦察机器人、攀登营救机器人和救护机器人。而从控制方式来分，消防机器人可分为遥控消防机器人和自主消防机器人两种。今天，我们就来了解一下侦察灭火机器人的身体状况和职责所在。

　　

　　机智神勇的“消防员”

　　

　　机器人作为一种智能化机器，必须具有如下功能：一、它的动作机构类似于人或其他生物体某些器官（如肢体、感官等）的功能；二、具有通用性，它可能面对各种各样的工作，因此动作程序需灵活易变；三、拥有一定程度的智能，如记忆、感知、推测、决策和学习能力等；四、有独立性，完整的机器人（机器）系统在工作中不需要依赖人为操纵。

　　侦察灭火机器人就是这样一个智能机器人，我们可以从它在火灾现场承担的工作和责任，看出侦察灭火机器人如果被应用到消防领域，一定是一名机智、神勇的“消防战士”。

　　首先，侦察灭火机器人要懂得路径规划和实施。它必须能对所要侦察的目标进行巡视，并且能够在侦察目标内安全的行走。因此，侦察灭火机器人要解决的首要问题就是如何行走，也就是火灾现场的路径规划问题。这要求它必须有全局侦察路径规划的能力。对不同目标，制定不同的侦察路径策略，以指导自己对目标进行全局扫描侦察。

　　其次，灭火机器人必须知道当前自己所处的位置，这个位置非常重要。机器人需要根据当前位置，结合全局的侦察规划，确定自己下一步的行走计划；对于已发现的火源，机器人将通过确定火源相对自己当前位置的坐标，确定火源在整个侦察目标中的位置。同时，机器人还必须识别行走中的障碍，并对它们进行分类；然后，确定避开障碍的方案。它要收集从传感器中得到的信息，确定行走中将会遇到的各种障碍。这些障碍可能是台阶、墙壁等各种突起物，也可能是地面的凹凸，或者各种人为放置的障碍等。对于已经识别的障碍，它需要确定是否能够直接越过；对于不能越过的障碍，还必须确定适合的规避方案。

　　侦察灭火机器人的另一大优点是对火源的识别和定位。它在行走过程中对环境进行侦察的同时，也对传感器中得到的信息进行分析，在可疑信息处作适当的停留，以求采集更多、更详细的数据，进行分析判断，来判定周围是否存在火源。对确定存在的火源，则通过确定火源相对于自己的位置，来确定火源在整个现场侦察目标中的实际位置。

　　对于已经识别的火源，侦察灭火机器人必须具有能够区别诱发火灾的火源与各种非火灾火源的能力。一般，在火灾发生初期，诱发火灾的火源会随时间不断增长而变大，我们能看到火焰的边缘不断抖动，并有愈演愈烈的趋势；而非火灾火源的火焰则相对稳定。知道了这一点，就可以帮助机器人识别火源类别。

　　对于已经识别出火源的火灾，灭火机器人接下来要做的就是判定火灾的大小，确定能否用自身携带的灭火设备进行灭火。若是可以扑灭的小火，它会确定灭火方案，及时扑救；对于不能扑灭的火灾，则要确定逃跑策略。而且，灭火机器人必须能确定火灾等级，通过不同的报警方案，比如报警铃声的急缓、报警声音的长短等，方便火灾外围营救人员了解现场内火灾大小（强弱）的信息，及时采取适合的救援方案和措施。

　　这些工作看起来很复杂、耗时，其实都是人们根据多次模拟方案提前设计好的程序，借助这些电子程序和部件来指导侦察灭火机器人机智迅速的完成灭火救援工作。

　　

　　侦察灭火机器人的“器官”

　　

　　侦察灭火机器人一般由运动机构、传感器、控制器和自身保护系统等构成，下面我们看看这些“器官”是如何组成及工作的。

　　运动机构——自由行动的保证。这是一个由许多机械零件集合体构成的动力学体系，它的功能包括行走和灭火等。而“行走”是侦察灭火机器人运动机构最主要的功能。通常，依据不同的建筑形式，要求有不同的行走机构。

　　对于在地面行走的灭火机器人，一般采取轮式或者履带式行走机构。采用这种行走机构的机器人不仅能在不规则地面行走，而且能够爬过300米的斜坡和台阶，还能跨越25厘米的垂直障碍。如果遇到高层建筑，为了能从高楼外墙爬上建筑，需要采用吸盘式的行走机构。而对于在地下行走的灭火机器人，可灵活采用其他行走方式。

　　与行走机构相比，灭火机构要简单一些。由于侦察灭火机器人一般在目标建筑的内部工作，通常可采用便携式的灭火设备。灭火剂的选择必须考虑灭火效率，不同的火灾场景、来源和灭火器携带的难易程度等。对固体火灾，可选用水作为灭火剂；而对于油类火灾，可选用泡沫、二氧化碳作为灭火剂。

　　传感器——信息的载体。它负责采集工作现场的各种信息，并将这些信息传递给控制器。传感器类似于人的五官，可分为触觉、非触觉、嗅觉和各种有线、无线的信号传输装置。

　　为了能在恶劣的环境中工作，侦察灭火机器人必须快速准确的感知其工作环境的各种信息，从而对下一步的动作做出判断。这些信息包括行走过程中对障碍的感知，对工作环境温度的感知等。用于感知障碍的传感器有接触式和非接触式两种。接触式传感器通常在机器人接触障碍物时才能给出信息，因其给出信息的时间滞后，多用于慢速行走的机器人。而非接触式传感器采用光、声波等信息介质，其测障原理类似于雷达，能在早期给出障碍物存在的有关信息，从而提高机器人的行走速度。

　　控制器——灭火机器人的“大脑”。它是灭火机器人的核心部分，主要功能有：①对机器人行动的规划，使机器人有序的工作；②了解工作环境，采集和存储工作现场的信息，并对火灾进行判断和分析；③与外界进行信息交互。

　　嵌入式微处理器以某一种微处理器内核为核心，集成了定时/计数器、看门狗电路、I/O、脉宽调制输出等各种必要功能和外设，因此，相比于传统的顺序控制器，它更适合用作侦察灭火机器人的控制器。嵌入式微处理器从简单的单片机到复杂的DSP（数码声场处理技术）芯片，包括一个很大的范围；通过编写相关应用程序，微处理器就可以完成从简单的数据采集到复杂的图像处理等各种工作，从而使侦察灭火机器人真正具有了人的“智能”。

　　自身保护系统——安全工作的“守护神”。在恶劣的环境中，侦察灭火机器人必须保护好自己才能正常工作。这要求它有良好的热防护系统，以保证自己在火灾现场工作时不被烧坏，保证内部工作电路正常。因此，灭火机器人车体材料一般由一些耐火构建组成，并配备有水冷却系统。为了防范来自火灾现场已泄漏的可燃气体的爆炸危险，侦察灭火机器人还必须具备良好的防爆功能。

　　当然，侦察灭火机器人毕竟只是一部机器，它不可能具备我们消防队员的所有智能；而且，一种类型的侦察灭火机器人不可能适用于所有的建筑场合。因此，必须研究不同建筑结构的特殊性，并有针对性的研制出相应的侦察灭火机器人，才能使它未来在火灾第一线——人力所不能及的地方，发挥最大作用。

　　【责任编辑】王亚娜