滅火救援中消防機器人的設計選型

■ 郭濤 寧夏銀川市消防救援支隊

城市化進程的加快，帶動了高層建筑、地下建筑的發展，人地矛盾沖突使得城市的人口變得越發密集，一些特殊的環境會對火災發生時的消防救援工作產生巨大阻礙，一旦其發生火災事故，不僅周邊群眾的生命財產安全無法得到保障，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揮著不容忽視的作用。社會經濟飛速發展背景下，火災事故發生的概率增大，在面對高溫、濃煙、有毒等環境時，如果缺乏相應的設備，貿然進入火場，很容易出現人員傷亡的情況。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場，實施數據信息采集和反饋，對消防救援人員可能面臨的人身安全問題進行解決。現場指揮人員可以依照消防機器人反饋的結果，對現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境

消防機器人本身屬于高科技產物，造價昂貴，結構復雜，日常保養維護和實戰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，可以實現對于現場火情的準確偵測，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境之一，地下建筑本身具有密閉性，對外通道少，一旦發生火災，產生的熱煙氣容易聚集，火災現場會遍布濃煙，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，能夠規避消防救援人員傷亡事故，也可以很好地對現場火勢進行控制，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，地鐵隧道工程的數量呈現出了快速增長的態勢，而在地鐵及隧道工程中，需要設置大量的照明系統和電氣系統，一旦發生火災事故，電力系統會受到牽連，照明系統的崩潰使得消防救援人員面對黑暗的環境，很難實現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構的控制模塊表達，方便對數據結構進行綜合管控，突出了模塊的完整性，可以為功能調試以及程序修改提供便利。同時，軟件具備了視圖和數據庫功能，方便用戶進行文檔及接口編制，可以實現對于消防機器人的有效控制，確保機器人的可靠運轉。

（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境下的快速營救。結合相關研究資料，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救人，配合履帶式結構，實現斜坡區域的穩定行走；第二種是借助旋轉臂桿的上下控制來救人，斜坡行走同樣選擇履帶式結構，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起落救人，斜坡行走依然是采用履帶式結構，在尾翼位置加上了可以彎曲的大輪使其在平緩區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，穩定性也更好。在設計環節，對于折疊桿臂的起落問題，經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，配合網絡中心的遠程控制，可以實現左右輪運行速度的靈活變化。

在電機轉軸與輪子之間，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構實現，鏈條結構本身能夠自由延伸，設置有相應的自動化結構，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換[5]。

四、結語

總而言之，以科學技術的飛速發揮為支撐，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展。