高层建筑用消防飞行机器人研究

分析高层建筑消防机器人的现状,指出其存在的不足之处,提出一种可从地面牵引水带进行高空灭火的消防飞行机器人新设想并进行了总体设计。介绍该机器人的整体结构、灭火过程和姿态控制原理。顶部共轴双旋翼提供主升力,四旋翼作为行进和姿态调节系统。在FLUENT平台下对机器人上使用的涵道风扇进行了不同涵道长度对出口风压变化的空气动力学仿真,用于机器人涵道风扇的优化及控制算法的编写。     

直角坐标机器人灭火系统研究

针对电信机房、数据存储中心等区域,设计了一种直角坐标机器人灭火系统。结合热释电传感器和摄像监视系统实现火源的精准定位,利用多目标模拟退火算法优化机器人行进路径,实现火灾的快速扑灭。在密闭机房内进行模拟实验,验证灭火系统的性能。实验结果表明：所设计的直角坐标灭火机器人在行进中不会出现位移冲突,且能够根据火源位置寻找到最优灭火路径,实现快速高效灭火。     

两轮自平衡机器人

针对于现在流行的两轮自平衡车,设计了一个与其原理相似的研究性两轮自平衡机器人系统。该系统以瑞萨RL78/G13单片机为主控制器,通过MPU6050陀螺仪采集加速度和角速度数据,采用软件滤波和四元素融合算法得到机器人姿态,最后利用PID控制算法计算电机的PWM值以控制电机的合理转动,使机器人保持平衡和运行。     

基于惯性导航与ZigBee的消防机器人定位系统

通过机器人位姿更新算式,使用捷联惯性导航系统实时获取机器人的位置和姿态数据,利用ZigBee定位系统的TOA测距原理实现机器人定位,通过组合定位策略实现两种定位系统的融合,通过扩展卡尔曼滤波算法实现定位系统的误差校正。实验研究表明,使用联合定位方法对机器人跟踪定位,其轨迹明显改善,轨迹误差均值为0.21 m,相比独立捷联惯性导航方法得到的轨迹误差降低了72.7%,相比独立ZigBee定位方法得到的轨迹误差降低了51.1%。系统稳定可靠,能够满足机器人定位精度要求。     

基于拓扑地图的田间机器人路径规划和控制

针对温室大棚环境下的田间机器人运动路径问题,提出1种基于拓扑地图和邻接矩阵的机器人路径规划算法。首先根据温室大棚环境,构建其拓扑地图;根据节点的连通性,创建邻接矩阵;通过搜索邻接矩阵的节点连通性,规划出1条最优路径。利用3个超声波传感器检测环境信息,通过陀螺仪检测机器人的姿态,采用比例微分(proportional-differential,PD)控制方法引导机器人根据规划的路径进行前进和转向。利用MATLAB对该算法进行运算和仿真,可以得到障碍物被放置在任意节点时的机器人最优路径。通过搭建温室大棚田间道路环境模型进行机器人运动试验。试验数据显示:机器人在该路径规划算法下能以最短的路径遍历必走路线;同时机器人在PD控制器调节下,能够实现上升时间小于0.5s,超调量小于6%,稳态误差小于5%的直线行走和上升时间小于0.5s,稳态误差为小于1%,超调量小于1%的转向控制,从而保障机器人的避障功能。仿真和试验结果表明:本文提出的路径规划算法和运动控制算法可行且有效,具有一定的应用意义。     

基于MPU-6050及蓝牙技术的姿态检测系统设计

文章对姿态传感器国内外现状进行了分析,对其技术发展和存在的问题进行了简单介绍。提出了一种基于MPU-6050六轴姿态传感器(三轴陀螺仪、三轴加速度计)及蓝牙技术的设计方案,采用ARM和MPU-6050姿态传感器模块设计了一套姿态检测系统,手机可连接蓝牙模块并通过安卓手机APP实时显示姿态角数据。此外,研究了四元数及卡尔曼滤波等方法,对六轴传感器数据进行了静态修正,得到了更高精度的姿态角数据。     

步履式机器人转向姿态规划与转向性能分析

首先在Pro/E软件环境下设计步履式灾害救援机器人转向机构,并对转轮转向姿态、摆腿转向姿态以及摆腿转轮复合转向姿态进行规划;然后在ADAMS软件仿真环境下模拟步履式灾害救援机器人转轮转向姿态、摆腿转向姿态以及摆腿转轮复合转向姿态的转向过程,研究3种姿态的转向半径;最后通过实体样机转向试验,验证转向半径和转向复杂程度。仿真过程及试验结果为步履式灾害救援机器人转向机构的设计及优化、转向能力的提高、不同条件下不同转向姿态的选取提供了理论和仿真实验依据。     

消防灭火机器人及其应用

以实战需求为起点,对国内外消防灭火机器人的发展现状进行简单介绍,包括履带式消防灭火机器人、多功能消防机器人、"大型灭火机器人"消防车及火场救助机器人。结合实战分析了消防灭火机器人的适用场景,总结了现有消防灭火机器人的优缺点。对于消防灭火机器人的实战应用有指导意义。     

灭火试验用木垛燃烧特性研究

采用空白燃烧试验研究常用木垛引燃燃料的自身燃烧热释放规律,并采用油盘火引燃方式对自动灭火装置检测常用的小木垛进行了燃烧试验,获取了热释放速率及总放热量特性。以自动灭火装置和灭火药剂的应用特点和工作方式为出发点,采用四角点火方式对同类型木垛进行了引燃试验,对比分析两种点火方式所获得的燃烧热释放参数曲线规律和区别的产生原因。采用四角点火方式的木垛燃烧进程阶段性特征更为明显,适宜于考察自动灭火装置类产品对于初起火灾的反应和抑制效果,以及考察灭火药剂对木垛燃烧的最大扑灭能力。     

室内智能消防机器人设计与路径规划研究

设计研发了一种室内智能消防机器人,由激光雷达、移动底盘、机械臂、深度相机、热成像深度相机、灭火剂喷头、控制箱等组成。机器人具备遥操作、建图、自主导航、巡检、灭火等功能,通过感知周围环境完成自动导航避障。消防机器人基于火情报警信息,采用改进A*算法进行全局路径规划,并使用动态窗口法（Dynamic Window Approach,DWA）修正局部路径。在移动到火警位置后,机器人使用机械臂调整灭火装置喷嘴,对准火源喷射灭火剂实现灭火。实测结果表明,所设计机器人具备机动灵活、性能稳定等优点,能够有效完成设定灭火任务。     

车载平台GPS姿态测量

本文简要介绍了GPS姿态测量技术的原理 ,包括姿态角的定义、坐标转换等 ,推导了姿态角的计算方法 ,并对其精度进行了分析 ,在此基础上重点讨论了对一特定姿态测量系统如何提高其精度的问题。在天线间长度已定、载波相位测量精度也已定的前提下 ,采用以天线间固定间距为约束条件的方法来提高所测姿态角的精度 ,并通过实际实验数据对此方法进行了检验 ,说明以天线间的固定间距为约束条件来提高姿态角的精度是必要和有效的     

消防灭火机器人研究进展

高层、超高层建筑、地铁隧道等场所发生消防安全事故给消防员的救援带来挑战的同时也威胁到了消防员的人身安全,导致消防员殉职的事件时有发生。为了减少这些事件的发生,保证消防员的人身安全,提升消防灭火机器人的消防实战能力迫在眉睫。本文分析了消防灭火机器人的使用场景,对消防灭火机器人的构成进行剖析,总结了现有的消防灭火机器人的优势和缺点以及发展消防灭火机器人的技术瓶颈,以期对消防灭火机器人的实战应用产生一定的指导意义。     

灭火机器人火源追踪抗扰算法研究和应用

为实现灭火机器人利用热成像仪对火灾热源快速跟踪，对二维云台进行了水平回转和垂向俯仰方向的动力学建模，采用自抗扰控制器进行了跟踪控制仿真实验并对控制器进行了参数整定。在仿真实验基础上，对云台追踪系统进行了传统PID和ADRC自抗扰算法的实物对比验证。实验结果表明，所研发的自动追踪抗扰算法具备超调量小、调节时间短和抗扰动性能强等优势，为提高灭火器人定点灭火功能提供依据。     

盾构机实时姿态测量和计算方法的研究

介绍盾构机(TBM)姿态的描述方式以及盾构机姿态测量原理与方法。结合自动化测量机器人的功能,提出基于测量机器人对盾构体(前体)上两点进行三维坐标测量;根据安装在盾构机机体上纵、横两个精密测倾仪,实时采集的盾构机俯仰角、滚动角,来确定盾构机的实时空间位置和水平方向的偏航角的方法;根据3个欧拉角描述姿态测量的原理,推导出其姿态计算方法,并给出姿态计算的程序实现流程。对全站仪采集的坐标测量点和盾构机的基准点的测量精度进行了分析。广州地铁4号线大学城段的测试实验结果与SLS-T激光自动导向系统的计算结果吻合,结果表明,两基准点的计算精度完全满足实际工程的精度要求,误差比规范要求要小。     

隧道钻孔机器人及其运动学分析

介绍一种9自由度液压钻孔机器人,该机器人是针对传统隧道管片钻孔作业效率低以及现有钻孔设备作业能力单一、自动化程度低的特点而研制的。引入虚拟关节并结合D-H(Denavit-Hartenberg)参数表建立机器人运动学模型,分析机器人运动学的正逆解。基于孔位精度最优化考虑,对逆解进行工程化处理,得出唯一逆向运动学解算,并编制相应算法控制机器人运动实现自动钻孔。在模拟隧道环境下进行真机试验验证,试验结果表明所研制的机器人满足34种不同隧道中各型安装孔位的尺寸要求,可延轨道智能调节自身姿态,钻孔位置精度小于10 mm,具备隧道自动钻孔的能力。     

淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统设计探讨

针对淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统缺少设计参数问题,对二氧化碳灭火系统局部应用喷头设计参数进行试验选取,试验确定了架空型喷头设计流量、保护面积与安装高度等设计参数,建立了二氧化碳局部应用灭火系统试验模型,通过采用油盘火灾模拟淬火油槽火灾。进行了冷喷试验,并在此试验基础上进行灭火试验验证。采用试验数据并结合相关标准要求,完成了淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统设计,并在汽车制造企业零部件自动淬火油槽得到实际应用。     

黑板报

日本开发新型灭火机器人 装配了5种机器人的东京消防厅日前又研制开发出新型机器人。这种机器人可以接近高温火灾现场进行灭火救援工作。日前,该消防厅正在进行试验,以便其在下一年度进入实用化。负责研制开发的人士表示,今后要把开发重点放在“减轻消防人员的危险,在迅速救援中发挥作用”等方面。     

乙二胺灭火技术试验研究

分析了不同含水量的乙二胺液体的闪点变化规律,参照真实乙二胺储罐,进行了5次模拟火灾的水灭火试验,通过分析乙二胺在预燃阶段和灭火阶段时周围温度场的温度变化情况,对水灭火方式取代泡沫灭火的可行性进行分析并提出工程应用建议.试验结果显示:水可以作为乙二胺液体火灾的灭火剂.灭火效果的好坏取决于供水量,供水越多,灭火效果越好;在供水量相同的情况下,液上喷水比液下注水的灭火效果好;使用较大流量系数和雾化角的水雾喷头有助于提高灭火效能.     

变电站消防机器人系统设计

为保证变电站消防安全,在发现火情后及时处置,设计研发了一套应用于变电站的消防机器人系统,该系统包括消防机器人及消防介质供给装备。机器人采用履带式移动底盘,配备红外热成像仪、可见光摄像机和测距传感器等装置,灭火装置具有升降调节功能,可选择使用消防水、泡沫和超细干粉等多种灭火介质。机器人本体携带干粉,消防介质供给装备为机器人持续提供消防泡沫和消防水。火灾报警后,后台控制系统根据机器人实时获取的现场数据信号对着火点进行定位并判断火情,通过计算机或远程遥控指挥机器人行进,选择使用消防水、泡沫和干粉进行灭火降温作业,第一时间对火灾进行处置。机器人还设有自喷淋降温系统,以保证机器人在高温环境下的持续作业能力。     

面向新世纪的我国消防机器人展望

本文论述了在各类危险场合使用消防机器人进行灭火、侦察,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消防机器人已经具备的条件。