摘要：本文主要是研究融合多學(xué)科，具有多功能的偵查滅火機器人，通過電路板主控系統(tǒng)的總體控制，利用傳感器進行火焰和障礙的檢測，通過控制步進電機和機器手臂來實現(xiàn)偵查滅火機器人的每一個行動，它可以自動避障、自動尋找火源、自動滅火。
　　關(guān)鍵詞：人工智能，自動控制，偵查
　　1前言
　　隨著社會的不斷發(fā)展，在社會財富日益增多的同時，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險性也在增多，火災(zāi)的危害性也越來越大。各種不可避免的火災(zāi)頻繁出現(xiàn)，給社會造成了許多隱患。在長春就出現(xiàn)了天元大廈大火災(zāi)的慘痛教訓(xùn)，所以隨著社會與國家的發(fā)展，在經(jīng)濟迅速增長的同時，各種火災(zāi)的及時撲救已成為了迫在眉睫需要解決的問題。救火早一刻就少一分的損失。救援人員固然很快，但也需要一定的時間，而且進入火災(zāi)現(xiàn)場還有一定的危險，甚至危及生命。近幾十年中，大量的高層，地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時，不能快速高效的滅火。為了解決這些難題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，研制一種偵查滅火機器人是十分必要和有實際現(xiàn)實意義的。
　　2機器人整體運作方案分析
　　本機器人利用了單片機通信技術(shù)，工作人員在火場外的安全區(qū)域內(nèi)可對其進行遠程操控，由于機器人體積小，活動靈活，使其能安全、快速的找到火源，將火撲滅。為消防營救工作爭取了寶貴的時間。滅火機器人采用360度可旋轉(zhuǎn)機械臂，可夾帶消防噴頭至火場，這樣便可控制噴頭噴水方向，機械臂上置有CCD高清攝像頭，在滅火過程當(dāng)中，通過攝像頭反饋來的信息判斷水壓是否供給到位，火場是否有殘余火源等等。另外，機器人底盤采用履帶式的設(shè)計，使其能穿行于各種地形。而履帶是用特殊材料制成，耐高溫，增強了本機器人在火場的耐用性。底盤上也裝有CCD攝像頭，可以方便操作人員清楚地知道機器人所在的方位。控制臺電腦和機器人上的機載控制器采用無線通訊方式,通過電腦控制界面對機器人發(fā)出指令并接受回饋信號,指揮機器人在定位后完成各項功能作業(yè)。由于是采用直流步進電機驅(qū)動，所以不能攜帶笨重的水箱作業(yè)，將水箱留在火場外，機器人只夾帶噴頭作業(yè)，這樣既減少了機器人動力來源的功耗，又方便其在狹小的環(huán)境中作業(yè)。
　　3機器人的系統(tǒng)組成
　　（1）步進電機
　　步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。
　　步進電機是純粹的數(shù)字控制電機。它將電脈沖的信號轉(zhuǎn)化為角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，非常適合于用單片機來控制。步進電機具有如下一些特點：
　　a)在負載合適、控制合適的前提下，步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格的成正比，因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。
　　b)由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價、又非常可靠。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。
　　c)步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停，正反轉(zhuǎn)和變速。
　　d)速度可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證比較大的轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。
　　e)步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。
　　f)當(dāng)負載較大、沖擊負載、或者控制不合適的情況下，步進電機存在震蕩和失步的現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應(yīng)的措施。
　　g)步進電動機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能力較差。
　　（2）CCD攝像頭
　　CCD，英文全稱：Charge-coupledDevice，中文全稱：電荷耦合元件。可以稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。
　　（3）旋轉(zhuǎn)機械臂
　　本機器人的制作核心便是這個自由度非常高的旋轉(zhuǎn)機械臂上，由320mm、360mm的兩段鋼架支撐，下面的鋼柱固定在可360度旋轉(zhuǎn)的圓盤上，上下兩個鋼柱間用電機控制其垂直角度，上面鋼架尾部有一個夾子，能夾住消防水槍的噴頭，完成滅火任務(wù)。
　　4機器人功能
　　（1）火情偵查。
　　機器人的平衡作業(yè)臂采用3節(jié)1m的結(jié)構(gòu)，可繞軸做90°俯仰運動，電機驅(qū)動鋼索完成拉伸和收縮，可由1m伸展至3m。為取得來自于火災(zāi)現(xiàn)場的圖像信號，在作業(yè)臂前端云臺上安裝彩色CCD攝像機，視頻信號采用無線傳輸?shù)姆绞剑�在地面控制臺的顯示屏上可對火災(zāi)現(xiàn)場直接監(jiān)控，并及時調(diào)整機器人的作業(yè)動作。可根據(jù)現(xiàn)場要求加裝溫度傳感器探測火災(zāi)現(xiàn)場的溫度，可燃氣體傳感器探測建筑物內(nèi)部可燃氣體的含量以防止自燃的發(fā)生。
　　（2）救援和滅火。
　　機器人自身配有攜帶水槍頭的機械手臂、照明燈和載物箱。載物箱可根據(jù)需要裝載氧氣罩、急救工具等。機械手臂上的水槍頭可以進行滅火，照明燈可為現(xiàn)場探測提供照明，還可以幫助受災(zāi)人員。
　　5綜述
　　目前,已有很多種不同功能的消防機器人用于救災(zāi)現(xiàn)場。從各國的研究情況來看,消防機器人應(yīng)具有三個方面的作用:在短時間內(nèi)實現(xiàn)對火情的偵察;能夠?qū)Ρ焕Щ鹬械娜藛T進行有效地救助;能夠攜帶一定量的滅火劑進行滅火。
　　滅火機器人屬于特種機器人范疇，它作為特種消防設(shè)備可替代消防隊員接近火災(zāi)現(xiàn)場實施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項火場偵查任務(wù)，尤其是在危險性大或者消防隊員不易接近的場合，滅火機器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。
　　參考文獻
　　[1]陳伯時電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]北京機械工業(yè)出版社，2002
　　[2]胡傳平面向新世紀(jì)的我國消防機器人瞻望[J]消防科學(xué)與技術(shù)，1999，18（4）：57-58
　　[3]陳引初消防機器人整機穩(wěn)定性研究[J]消防科學(xué)與技術(shù)，2004，23（4）：359-361