隧道消防机器人的整体系统设计研究

机器人在消防工程中的应用研究摘要：随着机器人技术在工程领域的迅速发展，消防工程迎来全新技术方案。

机器人在火灾现场勘查、救援行动、烟雾监测、处理以及远程指挥与协同作业等方面发挥着重要作用。

针对消防工程需求，不断推动机器人技术创新，包括视觉传感技术创新、声音和气体传感技术发展、深度学习在消防工程中的应用以及现代算法在机器人决策中的角色。

这些创新将机器人的感知、识别和决策能力提升到新高度，有效应对火灾风险，通过对机器人技术在消防工程中的综合应用，能够更好理解其对提高城市安全性和灭火效率的重要作用。

关键词：机器人技术；消防工程；火灾勘查；救援引言随着城市化进程的加速和火灾风险的提高，传统消防手段面临一些挑战。

在这一背景下，机器人技术快速崛起，为提升消防工程效能提供新的解决途径。

本文将深入研究机器人在消防工程中的实际应用与创新，以期深刻理解机器人如何为提升城市安全发挥积极作用。

一、机器人技术在工程领域的兴起机器人技术的兴起在工程领域引领着一场技术革命，为工程领域带来了前所未有的机遇和挑战，随着科技不断发展，机器人逐渐从传统的工业制造应用中走向多领域、多功能的工程应用。

传感器技术、计算能力和先进的控制算法不断进步，使机器人能够在复杂、危险或难以到达的环境中执行任务，在建筑工程中机器人能够执行高风险任务，如高空作业和深度挖掘，从而提高工作效率和安全性。

在建筑中机器人能够执行精准施工任务，提高建筑质量和速度，在基础设施维护方面机器人可以巡检和维护桥梁、管道等设施，减少人工干预风险。

在勘测和监测方面机器人搭载各类传感器，能够实时监测工程状态，提供精准数据支持。

机器人与大数据、人工智能等技术相结合进行智能化规划、协同作业和决策，不仅提高了工程管理效率，还为工程决策提供更科学的依据。

机器人技术在工程领域的应用，为工程领域注入新活力。

随着技术不断发展，机器人在工程中的应用将进一步拓展，为人类创造更安全、高效、智能的工程环境。

消防机器人在灭火救援中的运用研究摘要：消防机器人在消防灭火、抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用，消防机器人能代替消防救援人员进入火灾事故现场，进行探测、反馈、处置作业为及时有效的救援处置大大提高了效率，降低了人员伤亡风险。

基于此，对消防机器人在灭火救援中的运用进行研究，以供参考。

关键词：消防机器;灭火救援;运用引言当前，科技事业正在飞速发展，各行各业都在寻求能够使工作有效进行的智能化技术。

在灭火救援过程中，消防机器人充分显示了智能化的重要性和优越性。

将智能化程度较高的消防机器人应用于灭火救援，可以有效提升消防救援效果，缩短灭火时间，有效遏制火灾的扩散，保护被困人员和消防员的生命安全。

因此，消防机器人的研制和开发越来越受到人们的关注。

1在灭火救援中使用消防机器人的意义在灭火救援工作中，消防机器人可以利用信息技术提高灭火救援效能，同时保证被困人员和消防员的生命安全。

这是因为消防机器人可以广泛应用于高层建筑、密封建筑、地下建筑及石油化工等场所中，承受高温、有毒气体，帮助消防员完成基础救援工作。

消防机器人和消防员可以选择人机互助的工作模式，采用自动灭火系统将灭火救援工作的效能发挥至最大，有效保护火灾被困人员的生命财产安全。

同时，消防机器人具有灵活、便捷的优势，可以提高灭火救援效率，减少救援时间，给灭火救援提供更多的安全保障。

因此，消防机器人在灭火救援中具有非常重要的运用价值，可以帮助消防救援机构完成高质量的灭火救援工作。

2消防机器人热防护结构系统设计2.1热防护结构系统模型火灾背景下的消防机器人必须能够在高温下正常工作，机器人的本体外壳可以承受一定范围的温度升高。

以长春商业城的火灾为例，火灾的起火源位于商场内，商场内商品组成多样，包括纺织类、家具类等许多可燃物。

根据长春商业城火灾的模拟实验以及查勘火场的现场水凝土外观变化和中性化深度等多种痕迹可知，商城火灾现场的最高温度为850℃。

所以本次模拟将机器人的外部环境设置为850℃，由于机器人本身的外壳不能起到很好的保温作用。

基于 ROS 系统的消防机器人设计研究摘要：本论文基于ROS系统研究了消防机器人的设计及应用，并讨论了其在未来的发展前景。

通过对消防机器人的研究现状和背景的介绍，分析了ROS系统在消防机器人设计中的优势和应用价值，并提出了进一步的研究内容和展望。

火灾是一种危险的自然灾害，常常伴随着高温、浓烟、坍塌等危险情况，消防机器人的研究旨在提高消防人员的工作效率和安全性，还可以应对其他危险环境，如核辐射泄漏、化学物质泄漏等。

随着机器人技术的迅速发展，包括传感器技术、自主导航、人工智能和机器学习等方面，这些技术的进步为消防机器人提供了更多的能力，使其能够在复杂和危险的环境中执行任务。

通过对于智能消防机器人的深入研究，能够更加完善智能机器人在消防领域的基础理论分析与实际运用能力，使消防机器人可以逐步地取代传统消防队伍或者尽可能地更大程度地保护灭火工作人员，从而成为中国消防设备现代化和社会化推进、应用发展的重大体现，同时也能够在研发与设计过程的整个流程中找到根本问题、延伸问题，使得这次关于智能消防机器人的研究设计有着重要的实际意义与理论探索意义。

其次，当前智能消防机器人在人机交互技术上还有很大的进步空间，在交互产品设计领域，人机交互成为备受关注和重点研究领域，正作为现代设计中不可或缺的设计原则和方式，通过把人机交互理论整合到新产品的开发和设计中，将有助于提高产品设计的可用性以及提高用户的良好互动感受。

最后，从可视化角度分析，无论是可视化理论、可视化方法以及应用，都是人向机器、机器向人的双向信息传递，在此运用到了信息的输入和输出技术。

可视化是从机器到人的信息传递方式与过程，更加符合人的感知过程，能够更加准确快速地获得信息，且从人机交互的角度出发，可视化也属于人机交互的一部分。

对于消防机器人的科研技术能力，相比较而言，日、美、德等西方国家的实力较强。

随着科技的发展，对于智能消防机器人的研制也层出不穷，从只能进行基础消防和遥控，到可以进行环境的感知以及可以使用计算机来进行辅助消防，再到能够自主识别、自我规划等智能型消防机器人，每一次的技术更新都使得救援消防更加迅捷高效。

智能灭火机器人的设计及制作研究【摘要】智能灭火机器人的设计和实现对于改善消防安全有着十分重要的意义。

本文以ARM9处理器芯片为核心，并且结合多种红外传感器和火焰传感器，在大功率直流电机的驱动下完成功能。

分别对智能灭火机器人的功能需求、硬件设计以及软件设计进行了详细的描述，并且在此基础上对所设计的智能灭火机器人性能进行了研究，以期更好的改善目前的灭火机器人设计和应用现状。

【关键词】灭火机器人；设计；硬件；ARM90 引言近年来，随着建筑物的高度以及复杂程度的不断提高，对高层建筑内的消防工作提出了巨大的挑战，一旦发生火情就会迅速蔓延，并且很难快速实施有效的救助措施。

例如在高层建筑物发生火情时，消防官兵无法在极短的时间内达到火灾现场进行处置，加之高层建筑的环境极其复杂，处于地下的建筑物同样会由于潮湿的环境影响浓烟的扩散，给消防救援带来巨大的困难；在处置化学物品的火情时更是给消防人员的生命安全带来了巨大的安全隐患，极易导致消防人员的中毒。

因此，为了更好的解决目前消防救援中面临的问题，需要更多的研制具有较高智能程度的机器人，以更好的协助消防人员对火情进行控制，并且为被困人员的救治提供良好的导向。

作为人工智能的一种，机器智能主要是通过计算机模拟的方式实现机器对人类动作的模拟，智能机器人的研究大大的降低了一线工作人员的劳动强度和生产中的危险性，在很大程度上推动了人类经济社会的发展和进步。

作为智能化的机器人，需要满足以下基本的功能：一是机器人的动作机构与人类的某些器官在功能上具有较高的相似性，同时机器人的需要具有较高的通用性，即程序具有较高的灵活性；二是机器人还需要具备一定的记忆、感知以及学习的能力，真正的体现出人类智能化的特点；三是机器人在进行工作时需要具有较强的独立性，即无需人员的跟进就可以完成预先设置的功能。

实现以上这些功能首先要解决以下几个方面的问题。

首先，对智能机器人路径的规划和具体实施。

在对火情的侦查过程中，机器人需要对发生火灾附近的路径进行巡视，并且能够保证在整个巡视的过程中机器人的安全性。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要随着近年来我国经济社会的快速发展，火灾对我国国民经济造成的损失已经呈现出逐年上升的趋势，其中工业火灾比例尤为突出。

不同于常见的城市火灾，工业火灾往往发生于厂矿、化工企业，火灾现场大多堆放有大量易燃易爆危险品，且充斥着浓烟和有毒有害气体，消防人员在缺乏火场情报以及相关必要防护措施的情况下贸然冲入火场，极易产生无谓的伤亡。

因此，研发消防灭火机器人，取代消防战士进入危险场所执行任务，以及变得迫在眉睫。

本文首先介绍了消防机器人研究的背景以意义，通过阅读相关文献总结了国内外在消防机器人领域的研究现状，展望了消防机器人未来的发展方向。

以此为基础，提出了本文需要研究设计的消防机器人的功能需求以及性能指标，进行了行走动力系统以及整体机械结构的设计与研究。

介绍无刷直流电机的特点以及工作原理，针对消防机器人大功率驱动特点，设计开发电机的驱动电路。

对无刷直流电机建立数学模型，在MATLAB/Simulink 中完成仿真建模。

通过仿真比较PID和模糊PID控制效果，确定电机控制算法。

最后对消防机器人电控系统进行整体设计，对电控水炮、传感器、串口通信等关键控制模块进行介绍并设计周围电路；软件部分介绍了开发环境，阐述了上位机和下位机的软件工作流程，并针对软硬件系统中潜在的干扰因素提出了相应的预防措施。

关键词：消防机器人；行走控制系统；模糊PID；STM32AbstractWith the rapid development of our country's economy and society in recent years, the losses caused by fire to our national economy have been increasing year by year, and the proportion of industrial fires is particularly prominent. Unlike common urban fires, industrial fires often occur in factories, mines and chemical enterprises. Most of the fires are stacked with inflammable and explosive dangerous goods, and full of heavy smoke and poisonous and harmful gases. Fire fighters flash into the fire field in the absence of fire field information and necessary protective measures. Casualties. Therefore, the development of firefighting robots to replace fire fighters into dangerous locations is urgent.This paper first introduces the background of the research on fire fighting robots, and summarizes the research status of fire fighting robots at home and abroad through reading the related literature, and looks forward to the future development direction of fire fighting robots. On the basis of this, the functional requirements and performance indexes of the fire fighting robot designed in this paper are put forward, and the design and research of the walking power system and the overall mechanical structure are carried out.The characteristics and working principle of Brushless DC motor are introduced. Aiming at the characteristics of high power driving of fire robot, the driving circuit of motor is designed and developed. A mathematical model of Brushless DC motor is established, and simulation modeling is completed in MATLAB/Simulink. Through simulation, the effect of PID and fuzzy PID control is compared, and the motor control algorithm is determined.Finally, the whole design of the electronic control system of the fire fighting robot is carried out. The key control modules, such as the electronic control water gun, the sensor, the serial communication and so on, are introduced and the surrounding circuit is designed. The software part introduces the development environment, expounds the software workflow of the upper computer and the lower computer, and puts forward the potential interference factors in the hardware and software system. The corresponding preventive measures have been made.目录第1章绪论随着现代社会的快速发展，自动化技术已经越来越深刻的渗透进各行各业的方方面面，机器人技术也随之愈发深刻地影响着我们的生活。

设计应用esign & ApplicationD消防灭火机器人控制系统的设计与研究*Design and research on control system of fire fighting robot李晓贤1，侯 健1，王 奔1，杜梦岩1，贾 阳2（1.西安中核核仪器有限公司，西安 710061；2.西安邮电大学，西安 710121）摘 要：针对诸如石油化工、油罐区、大型仓库、公路隧道、高层建筑等特殊场所灭火困难的问题，设计了一款消防灭火机器人，其控制系统包括Android手机客户端和基于PIC的控制器，两者通过带路由器的WiFi模块通信，控制器选用PIC18F46K22单片机作为主控芯片，采用安装在机器人的视频摄像头、姿态检测的陀螺仪和红外避障传感器，实现对左右行走轮驱动电机和灭火剂喷洒方向控制电机等执行机构的控制，行走自动纠偏采用PID控制算法，从而实现对消防灭火机器人的远程控制，达到精准及时灭火的目的，对提高消防机器人的机电一体化、自动化及智能化具有重要意义。

关键词：消防灭火机器人；电机控制；自动纠偏；PID控制；智能化*基金项目： 1.西安市科技计划项目，2019年度高校人才服务企业项目计划，GXYD17.12；2.火灾科学国家重点实验室开放课题（HZ2019-KF12）0 引言众所周知，火灾不仅危及财产安全，还会给人们的生命安全带来巨大的损失，因此如何预防火灾及快速有效灭火显得极为重要。

对于一些特殊场合[1]，如石油化工、油罐区、大型仓库、建筑物等在火灾发生时会产生大量热量、烟雾和有毒有害气体，且顶部建筑结构易坍塌，造成消防装备及人员无法靠近；呈圆筒状结构的公路隧道、高层建筑、地铁场所，易产生“烟囱”效应，加剧火灾蔓延；大跨度钢结构建筑的冷库，因其隔热防潮性能好，见光率大，出入口少且空间密闭，这些都是灭火救援的难题[2]。

针对以上危险区域，若火灾发生时没有有效的消防应急预案、合适的灭火救援设施及装备，消防员强行进入火灾现场采取灭火行动，不仅达不到预期效果，而且还会给救援人员的生命安全带来严重威胁[3]。

《智能消防机器人研究与设计》一、引言随着科技的飞速发展，智能消防机器人成为了现代消防技术领域的研究热点。

面对火灾的复杂性和危害性，智能消防机器人以其高效率、高精度和强适应性的特点，在灭火救援中发挥着越来越重要的作用。

本文将介绍智能消防机器人的研究背景、意义及国内外发展现状，重点探讨其设计与技术实现。

二、研究背景与意义火灾是威胁人类生命财产安全的重要灾害之一。

传统的灭火方式主要依靠消防员和消防设备，但在复杂、恶劣的火场环境中，消防员的人身安全难以得到保障。

因此，研究智能消防机器人具有重要的现实意义。

智能消防机器人可以替代消防员进入危险区域进行灭火、救援和侦察，有效降低人员伤亡和财产损失。

同时，智能消防机器人的应用还可以提高灭火救援的效率和精度，为消防工作提供强有力的技术支持。

三、国内外发展现状目前，国内外在智能消防机器人领域的研究与应用取得了一定的成果。

国内方面，许多高校、科研机构和企业纷纷投入到智能消防机器人的研发中，取得了一系列具有自主知识产权的成果。

国外在智能消防机器人的研究方面也取得了显著的进展，尤其是在机器人技术、传感器技术、人工智能等领域的应用，为智能消防机器人的发展提供了强有力的技术支持。

四、设计与技术实现1. 机械结构设计智能消防机器人的机械结构设计是整个系统的基础。

设计时需考虑机器人的尺寸、重量、运动性能、承载能力等因素，以满足在复杂火场环境中的运动和作业需求。

同时，还需考虑机器人的防水、防尘、耐高温等性能，以确保其在恶劣环境下的稳定运行。

2. 传感器系统设计传感器系统是智能消防机器人的“感官”，对于实现机器人的自主导航、目标识别、火情判断等功能具有重要意义。

设计时需根据实际需求选择合适的传感器，如红外传感器、烟雾传感器、气体传感器等，并合理布置传感器，以提高其感知能力和响应速度。

3. 控制系统设计控制系统是智能消防机器人的“大脑”，负责实现机器人的各种功能。

设计时需考虑控制系统的稳定性、可靠性和实时性，以确保机器人在复杂环境下的稳定运行。

电力隧道消防机器人实时避障控制系统设计发表时间：2019-07-31T11:26:00.073Z 来源：《当代电力文化》2019年第06期作者：徐云龙[导读] 采用当前机器人避障控制系统设计方法在电力隧道中对消防机器人进行控制时，存在响应性差和避障有效性差的问题。

山东中实易通集团有限公司，山东济南 250100摘要:对消防机器人进行分析，其主要的工作场所就是火灾发生现场，甚至是存在二次爆炸可能的环境，危险性与复杂性十分明显。

一旦发生火灾或者爆炸，现场的温度会升高且地面状况更加复杂，直接增加恶劣消防机器人行走的难度。

消防机器人最基本的任务就是在发生火灾或爆炸以后，替代消防工作人员进入事故现场，开展侦查与灭火工作，尽快向指挥中心传送火灾现场状况。

通过这类消防机器人避障控制系统的合理设计，能够有效地提高机器人在实践运用中的性能，从而更加出色地完成消防任务，有效地保障人们的生命财产安全。

关键词:电力隧道;消防机器人;避障控制系统引言：近年来，在科技水平不断提高的背景下，机器人得到了广泛应用，特别是消防机器人，在火灾救援中发挥着重要作用。

为了解决电力隧道消防救援的难题，需要对消防机器人避障控制系统设计方法进行研究。

采用当前机器人避障控制系统设计方法在电力隧道中对消防机器人进行控制时，存在响应性差和避障有效性差的问题。

1 消防机器人总体设计1.1 消防机器人系统需求一般情况下，消防机器人的行走方式以履带式移动系统为主，智能水炮则被当做灭火装置，同时配备无线摄像头和探照灯。

在机器人后方设置手持控制器，并配置显示屏幕，能够参考摄像头所传回数据信息，完成行进任务，调整水炮开关与转向等。

其中，探照灯的作用就是在暗黑状况下，不断优化摄像质量，而水炮和车体动作要求有电机的辅助。

1.2 消防机器人体系结构消防机器人是可以将行为、感知、决策、规划和建模等模块结合起来的框架，可以在电力隧道中完成救援任务。

电力隧道消防机器人实时避障控制系统设计方法将分层式体系结构作为消防机器人的基本骨架，按照功能将机器人实时避障控制系统划分为运动的控制层、任务的协调层、以及行为的规划和控制层。

一种自动化巡防的消防机器人系统设计曹志杰中国恩菲工程技术有限公司 北京 100038摘 要：设计一种悬挂式自动巡防的消防机器人，利用设置在厂房顶部的固定轨道实现行走，定时在规定的路径上进行巡防，机器人携带有摄像头、烟感传感器、火焰传感器、高清摄像机、视频温度检测仪等多种传感器，对所覆盖区域进行检测。

同时携带可调整喷射角度的消防炮，根据着火点所在位置，自动调整角度、自动瞄准喷射灭火。

自动巡防的消防机器人可单台、多台联动使用，实现精准灭火的要求。

关键词：消防机器人；巡防；着火点；消防炮中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）15-0056-06Abstract: The design of a suspended fire-fighting robot for automatic patrol is proposed in this paper. A fixed track set at the top of the factory building is used for the robot to walk, so as to patrol on the specified path at regular intervals. The robot is equipped with a variety of sensors, such as camera, smoke sensor, flame sensor, high-definition camera, video temperature detector, etc., which can detect the covered area. In addition, it also carries a fire monitor with adjustable injection angle, which can automatically adjust the angle according to the position of the fire point and aim at it automatically, so as to spray and extinguish the fire. The automatic patrol fire-fighting robot can be used alone or in combination with multiple units to meet the requirements of precise fire-fighting.Keywords:fire-fighting robot; patrol; fire point; fire monitor0 引言因建筑和企业生产的特殊性，存在化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患，随着社会经济的迅猛发展，对化学危险品和放射性物质的工业需求也同步增加，事故发生的风险也逐年提高。