技术文章

中国消防机器人的展望

2016-03-18   浏览次数:13262

【摘要】本文从国内实战的需求出发,论述了在各类危险场所使用消防机器人进行灭火、侦查、洗消、破拆和救人等作业的必要性以及消防机器人应该具备的各种功能,并对消防机器人进行了分类。论述了国外消防机器人的发展历史和现状以及我国发展机器人已经具备的条件,提出我国完全有能力在政府的支持下,依靠社会各方力量的努力和合作,在不久的将来,使我国消防机器人的研制、生产和使用达到一个较高水准。

【关键词】消防机器人;消防实战;研究;开发;应用

引言

近年来,我国工业生产、储运过程中涉及的易燃易爆和剧毒化学制品迅速增加,由于设备及管理等方面的原因,化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸的事故隐患越来越多。深圳清水河大爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事故发生后,全国各地要求配备消防机器人等[1]智能化装备的需求愈来愈高。公安消防部队作为处置各类化学危险品泄漏事故的主力军, 配备消防机器人的要求更为迫切。

1 国外消防机器人的发展现状

国际上最早开展消防机器人研究的是美国和前苏联,稍后,英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。

应用消防机器人最多的国家是日本。日本研制了不少于5种型号的自动行驶灭火机器人,分别配备于大贩、东京、高石、太田、蒲田等消防部门。这类机器人以内燃机或电动机作为动力,配置驱动轮或履带式行驶机构,能爬坡、越障碍;装有较大喷射流量的消防枪炮;能做俯仰和左右回转;装有气体检测仪器和电视监视设备;通过电缆或无线控制,控制距离最大为100~150m。另一类机器人为侦察、抢险机器人,除装有气体检测仪器和电视监视器设备外,还装有机械手,能通过遥控处理危险物品。

美国Automatika公司与卡耐基梅隆大学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;其通信方式为无线通信,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。

英国智能化保安公司生产的RO-VEH遥控消防车已装备于中部和西部的消防部门,配置为履带式和轮式行驶机构,能爬楼梯,通过电缆供电或自携蓄电池供电,装有消防水炮、摄像机或热像仪,采用有线控制方式。1985年英国中西部消防部门和Firma SAS公司联合研制的机器人消防车,用HunterIII汽车改装而成,装有双臂、水枪、探测器(温度、化学物质、辐射等)、工业电视摄像机、红外线装置。机械手用来启动阀门、搬移物品或开门等。

国际上消防机器人的研制主要可分为三代,第一代是程序控制消防机器人,第二代是具有感觉功能的消防机器人,第三代是智能化消防机器人。目前发达国家正在加速开发具有不同功能的实用型的第二代消防机器人和第三代低级智能化消防机器人,着手研究第三代高级智能机器人。一些工业发达国家把研究开发消防机器人列入了国家技术发展规划,将它作为经济发展的一个重要保证手段。

2 消防机器人的分类及主要技术特征

2.1 分类

为了便于消防机器人的研究和探索,我们不妨从对消防机器人实战要求的角度出发,进行以下分类[2]

1)从主要功能上可分为:灭火机器人、火场侦查机器人、危险品泄漏探测机器人、破拆机器人、救人机器人、多功能消防机器人等。

2)从行走方式上可分为:轮式行走消防机器人、履带式行走消防机器人、履带轮式行走消防机器人、吸盘式行走消防机器人等。

3)从控制方式上可分为:线控消防机器人、遥控消防机器人、自适应消防机器人等。

4)从智能化程度上可分为:程序化控制消防机器人、具有感觉功能的算机辅助控制消防机器人、智能化消防机器人等。

5)从感觉功能上可分为:视觉消防机器人、嗅觉消防机器人、温感消防机器人、触觉消防机器人等。

2.2 主要技术特征

消防机器人往往需要在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环境中进行火场侦查、化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业,因此作为有某种特定功能的消防机器人应该具备以下某项或几项行走和自卫功能:

1)爬坡、登梯及障碍物跨越功能;

2)温和抗热辐射功能;

3)耐雨淋功能;

4)化学腐蚀功能;

5)电磁干扰功能等。

3 我国消防机器人的发展的基础及展望

相对于国外的研发、领先优势,我国的消防机器人产业的研发远远落后于美日两国,甚至比韩国也落后一步,尤其是在青少年中远未开展机器人的组装、制作的科学活动,这将关系到二三十年后我国的产业发展。

但随着近代的工业革命,机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。我相信在不久的将来,上面所提及到的各种消防机器人会逐一与国人见面。目前,我国的机器人研发工作基本上属于科学研究的项目。据说,中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机器人,其水准可媲美日本同行(只是这台机器人体形甚大,未能以双脚走路)。这说明我国在机器人的研发方面已经有了一个可喜的开局。

我国大约有30家左右的高等院校和研究院所在从事各类机器人的研究工作,自1971年以来,已在机器人的感觉、识别、操作、移动技术、人机接口技术、智能化技术等方面取得了可喜的成绩,其中部分科研成果,如工业装配、焊接、喷涂、搬移、探伤、水下作业、过程测量机器人等已进入实用阶段,某些控制、传动元器件的产品技术已接近国际先进水平,为消防机器人的研制创造了良好的环境条件。

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。1995年上海市科学技术委员会批准公安部上海消防科学研究所着手研制的我国第一台消防灭火机器人,即自行式消防炮。目前该项目已通过验收并顺利进入产业化准备阶段。1996年11月国家科学技术委员会以国家“863”计划批准公安部上海消防科学研究所、上海交通大学、上海市消防局等三家单位共同研制“消防机器人 ”,该消防机器人具备火场化学危险品侦查、灭火等多种功能,目前研制工作已基本完成。公安部上海消防科学研究所计划在该项目的研制工作完成后,立即着手消防侦查机器人的研制工作,并计划尽快完成消防侦查机器人的产业化准备工作,与前期完成的灭火机器人一起装备消防部队。同时我们高兴地看到,在全国各地的消防部队中已经有越来越多的消防指战员认识到使用消防机器人的重要性,消防机器人的需求市场正在逐步形成。

我国消防机器人的研究应先易后难,边研制边推广,循序渐进。可先从灭火机器人、火场侦查机器人着手,然后是破拆、救人以及多功能组合的消防机器人。控制方式可先从有线、无线的远距离程序控制开始,逐步向自适应型消防机器人发展。发达国家在消防机器人发展方面的成功经验可为我们提供良好的借鉴,但是,我国消防机器人的发展应以立足国内自主开发为主,注意结合我国现有的工业和技术基础,充分利用有关研究所、学校、企业及使用部门的技术力量。现在在美、日、德、法、韩等国,机器人产业的开发正受重视,一般采取所谓的“官产学”形式。“官”即政府的制定政策及倾斜支持、调整产业结构。据情报显示,日本政府正在调整全国的产业制造结构,名古屋中部地区的未来产业为新型汽车工业,以大阪为中心的关西地方将以机器人产业为主,东京地区以资讯情报化为中心等等;“产”即产业界的自我分类的研究与开发,并将之变成产品,取得经济效益;“学”即学校设置专门的课程(学科),教材则与以往不同,非全盘为学校教授所写,有一些则由产业研究所编写教材,利用电脑技术介入,反过来向大学师生出售。而专门出售有关机器人制作的教科书、教材及装配零件、专门杂志等也已成行成市,许多公司改变既有行业,转而生产为此服务的产品。所以说我国的消防机器人的开发应尽可能多采用成熟技术,以确保消防机器人使用的可靠性。今后的10至20年是我国消防机器人发展的大好时机,我们应该通过全社会的共同努力,使我国消防机器人的系列、规格、技术含量以及消防实战应用水平达到工业发达国家目前的水平。

但是,总体而言,我国机器人的研究与开发仍处于落后状态,国人对于机器人的认识可能存在着两个误区,一种是认为机器人是西方国家纯粹为了解决劳动力不足而去研制的,而中国是世界人口大国,劳动力低廉,不必去开发此类产品;另一种则视机器人为孩子们的玩具,却没有注意到一个新的产业。

以中国人的聪明智慧,而且人口众多,倘能尽快在全国范围内(尤其是中小学生中)推动与发展此产业的试验阶段,一者将培养青少年的科学创造及发明的兴趣;二者将为此产业打下扎实、广阔的基础,涌现出一批人才;三者可以调整产业结构,为中国科技赶超世界先进水平及发展技术型经济、开拓新的知识产权市场而有所作为。反之,倘若对此产业不加重视,不谋发展与投入,则我们在今后的高科技发展中不仅无法达到先进国家的水平,而且还将因为起步晚而只能吃别人吃过的馍,陷于落后的境地而无法自拔。这或是我们的杞忧,不足为道,但他山之石,可以攻玉,看到外国青少年如此热衷于此科学活动,并且,在外国的未来产业上已出现了机器人商品及实用

性产品,这又怎能不叫我们感到忧心如焚。亡羊补牢,犹未为晚,只要意识到我们在这一产业方面与国外的差距,乘我们的国力正日益强盛之势,尽快进行“官产学”的投入与研究开发,今天的中国青少年将在未来的二十年中在此业界崛起,在这个世界先进行列中争一席之地。

4 结论

现在消防机器人在国内真正用于实际灭火的例子不是很多,要说技术成熟的就属“智能消防炮机器人”。但智能消防炮除了在自动探测火灾和自动灭火方面技术比较成熟外,还有许多不足之处,在实际应用的时候大多是固定的、不能自由移动[3]。所以要想尽快让消防机器人真正应用于灭火现场,还有很长的路要走,不是靠哪一个人、哪一个部门一朝一夕就能够完成的。我认为可以从以下几方面去努力。

1)要把消防机器人的研发与可持续发展上升到一种国家战略高度。国家科技部要继续加大投入消防机器人研发费用,鼓励更多的高校研发团队加入研发消防机器人的行列中。虽然我们国家有许多高校在研发机器人,但绝大多数只是停留在模仿人的简单动作方面。但是也不要太过悲观,我们欣喜地看到不少高校在机器人的研发方面取得了好成绩。例如近年春节文艺晚会上由我国某高校自主研发的机器人表演的舞蹈,动作已经非常逼真了,如果假以时日让这些机器人再具有人一样的思维,那么机器人真正用于灭火现场的那一天就不会遥远了。

2)在研发机器人方面要有所针对性,特别是要把智能机器人作为消防机器的首选。可以创造条件模拟一些火灾让研发出来的消防机器人去灭火,只有这样才能够取得模拟火灾现场的资料,也才能大大缩短消防机器人的研发时间。

最后,希望消防机器人大量应用于火灾现场的那一天早些到来,为了人类的幸福明天,让我们大家一起努力。


上一篇: 新型纤维在军事防护服装领域的应用

下一篇: 移动警务终端应用需求分析及设计研究