消防机器人研发及应用

 　　作为20世纪人类最伟大的发明之一，机器人技术随着人工智能技术、先进制造技术和移动互联网的创新融合而飞速发展，机器人开始进入和改变人类的生产、生活方式。近年来，机器人已经在很多国家的多个行业逐步代替了手工，是人力资源匮乏国家解决劳动力问题的上佳选择。而机器人作为无生命载体，代替人类在危险工作环境中工作也越来越普遍，尤其是危害公共安全的火灾、毒气、爆炸等特殊紧急险情时，机器人发挥着越来越重要的作用。

 

　　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。一旦发生灾害事故，面临高温、黑暗、有毒和浓烟的危害环境，消防官兵执行灭火救援任务时要承担很大的风险，若贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡。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、天津滨海新区物流仓库爆炸等特大事故发生后，全国各地要求配备消防机器人的呼声愈来愈高，尤其是在明确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之后，在我国消防部门配备消防机器人的问题就显得更为迫切了。因此，消防机器人技术的发展将把我国的消防工作推向一个新的局面。

　　国内外消防机器人技术的发展

 

　　1986年，日本东京消防厅在灭火中首次采用了“彩虹5号”机器人，此后消防机器人逐渐在灭火救灾领域得到广泛的应用，消防机器人技术也得到快速的发展。国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段（三代），第一代—程序控制消防机器人，第二代—具备感觉功能的消防机器人，第三代—智能化消防机器人。现在，工业发达国家的消防机器人已经向第三代高端智能机器人迈进。众所周知，日本的消防机器人不仅技术引领全球，而且数量也是全球之冠，现在已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。其他发达国家如美国的消防机器人亦处于技术顶点位置，其开发的消防机器已具备较为成熟的第三代功能，欧洲消防机器人主要是非仿人形机器人，在森林火源侦察、破拆等方面都实现了智能化应用。现在，消防机器人技术的发展在众多发达国家的机器人发展战略中占有重要的一席之地。

 

　　我国消防机器人研发起步较晚，与国外的研发、领先优势相比，我国消防机器人产业的研发明显落后于美日两国，甚至比韩国也落后一步。1998年，上海消防科学研究所研制出我国第一台消防机器人——自行式消防炮，标志着我国第一代消防机器人正式诞生，其技术水平达到了国际 80 年代中期的消防机器人水平。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，国内已有多家研究机构以及机器人企业在研制和生产消防机器人。但国产消防机器人在无线遥控领域与技术发达国家还存在很大差距。同时也没有形成系列化产品，功能比较单一，多数不具备防爆功能，不能用于石化、燃气等易爆场所，加上价格也居高不下，使得我国消防机器人的产销量均不高，2014年我国消防机器人的产量仅仅700多台。因此，我国消防部队虽然于2004年就开始配备消防机器人，但主要以进口为主，德国产“陆虎60”雪炮车就占了很大的比例，而且多年来，消防机器人参与的灭火救援案例很少。国内消防机器人产业要取得突破，需要解决以下问题:

 

　　1、        消防机器人本体结构

 

　　移动性能不足是限制消防机器人实际应用的主要问题之一，如果消防机器人越障能力不强，地形适应性差，就很难到达火场，进入灭火阵地，发挥其长处便无从谈起。

 

　　2、        机器人产品功能单一

 

　　现有消防机器人产品功能单一，适合扑救的火灾类型较少，特别是高层火灾和石油化工火灾，机器人若不具备防爆功能，无法在爆炸性场所发挥作用。

 

　　3、        消防机器人造价高昂

 

　　由于目前消防机器人核心部件依靠进口，成本高，且维护保养复杂。国外机器人的价格更是国内机器人的数倍，因此不能大量配备消防部队。由此可见，掌握消防机器人核心技术，形成批量化生产的能力，从而降低机器人的成本，是消防机器人产业化过程中要解决的重大问题。

 

　　随着中国制造2025的提出，我国机器人产业迎来前所未有的政策利好，2016年由工信部、发改委、财政部等三部委联合印发的《机器人产业发展规划（2016-2020）》中，提出了机器人产业发展的五项主要任务，其中消防救援机器人被列为十种重大标志性率先突破产品之一。在国家政策强力支持以及行业多年的技术积累下，我国消防机器人生产企业能否把握机遇，突破共性技术难题，是我国消防特种机器人产业发展的关键。

 

　　一款新型消防机器人

 

　　2016年10月，一款走进故宫，参与消防灭火实战演练的防爆消防灭火侦察机器人成了新晋“网红”。在不到10分钟的时间内，这款消防机器人拖拽着几百公斤重的消防水带，爬越台阶，快速到达模拟火源核心区域太和殿，顺利完成灭火和降温作业。（插入太和殿前消防机器人灭火图片）。人民日报、CCTV、科技日报等权威煤体都关注报道。其实，这已不是它第一次在媒体聚焦下“秀绝活”了。自2016年初问世以来，这款机器人就在各地消防实战演练中频频亮相，2016年8月，在国家安监总局举办的第二届全国危险化学品救援技术竞赛中，6台防爆消防灭火侦察机器人组成消防机器人编队，对石油化工装置发生泄漏的着火爆炸现场进行灭火救援，10余分种火灾即被扑灭，完全实现在高危环境中代替消防队员深入火海，全方位执行侦察、灭火、救援任务，这也意味着消防机器人在化工、石油等爆炸环境中的应用实现突破。中央电视台、新华网、中国政府网、安全管理网等多家权威媒体竞相报道，机器人在救援过程中体现出了机动性强、反应敏捷、喷射流量大、射程远、抗冲击性强等优点。能在同类产品中脱颖而出，这款防爆型消防侦察机器人究竟有何不同之处？

 

　　防爆型消防灭火侦察机器人采用履带式机器人平台结构，由防爆机器人本体、消防水炮、红外摄像机、传感器及操控终端五部分构成，防爆机器人本体可搭载水炮和监控云台进入火灾现场，在灭火的同时可实时将现场图像信息传递到监控终端，以便消防人员全面了解火灾事故现场的详细情况，为事故救援提供可靠信息，加快灭火进度，减少损失。机器人的主要结构优势在于：

 

　　1、机器人本体结构

 

　　负载能力大，越障能力强，是这款机器人的优势之一。它的本体采用履带式行走结构，履带采用阻燃橡胶，内部采用多层帘布和全钢骨架结构，使履带具有较高的强度和韧度，即使高温状态下外部橡胶融化，也不影响机器人的行走及稳定性；同时，为了保证机身行走平稳，设计并研发了新型的三段式独立弹簧悬挂减震系统，并采用了低重心稳定布局，使得机器人的移动性能大幅提高，轻松的完成爬坡、跨越垂直障碍的动作。另外，这款机器人结构中，还搭载了一种新型的消防灭火机器人双层水幕自喷淋降温装置，该装置设计为双层水幕喷洒方式，可消耗最少的水流量为机器人起到降温作用，保证内部电子器件的正常工作。

 

　　2、新型防爆设计

 

　　该款消防机器人采用新型防爆设计，机器人本体仅在两侧减速机输出轴设计有通孔，其余安装孔均为盲孔，减速机输出轴采用小间隙隔爆处理，使用防爆材料拼焊而成。箱体采用隔腔设计，将电机减速机等发热元件与电气控制元件分开，防止发热影响电气性能，隔墙板起到箱体加强作用。机器人穿上防爆“外衣”，就可在石油、化工等爆炸性环境中应用，在各种火灾、侦察任务中大显身手。

 

　　3、实现产品系列化

 

　　消防机器人系列化产品的研制，扩展了消防机器人的应用范围。由于火灾情况的多样性和复杂性，只用一种消防机器人解决所有问题是不可能的。目前，市场上大部分消防机器人以灭火为主，产品功能单一，适合扑救的火灾类型很少。中信重工开诚智能装备有限公司以10年的技术积累，在2016年实现了消防特种机器人技术突破，一举研发了防爆消防灭火侦察机器人、  防爆消防侦察机器人、消防排烟机器人、破拆型机器人等多种产品，不久的将来，将实现消防机器人团队化作战，大大提高消防机器人的实战水平。

 

　　4、成本低、经济适用

 

　　成本低、经济适用是中信重工开诚智能消防机器人受到市场青睐的重要原因之一。中信重工开诚智能以10年的技术积累和产学研的合作优势，快速实现成果转化，并突破产业化技术难题，形成了完善的工艺和检验检测系统，降低了机器人的成本，2016年，已基本实现消防机器人产业化。

 

　　5、操作简单，具备互联网功能

 

　　该款消防机器人的控制软件由中信重工开诚智能自主开发，采用WEC2013操作系统及Visual Studio2013集成开发环境，编程语言采用C/C++，控制软件包括机器人移动控制、监控云台控制、消防水炮控制和图像采集部分。人机界面友好，操作简单，可接入互联网，将数据传输到指挥中心，为救援决策者提供可靠的决策依据；同时可与无人机配合，实现“三位一体”的消防指挥控制；同时具备远程诊断功能：通过互联网功能实现对消防机器人的远程诊断及故障分析。