灭火救援中消防机器人的设计选型

■ 郭涛 宁夏银川市消防救援支队

城市化进程的加快，带动了高层建筑、地下建筑的发展，人地矛盾冲突使得城市的人口变得越发密集，一些特殊的环境会对火灾发生时的消防救援工作产生巨大阻碍，一旦其发生火灾事故，不仅周边群众的生命财产安全无法得到保障，消防救援人员在展开救援工作的过程中，也容易出现安全事故。基于此，越来越多的国家开始尝试在消防救援中使用消防机器人技术。

一、消防机器人概述

消防机器人属于特种机器人，在灭火以及抢险救援中发挥着不容忽视的作用。社会经济飞速发展背景下，火灾事故发生的概率增大，在面对高温、浓烟、有毒等环境时，如果缺乏相应的设备，贸然进入火场，很容易出现人员伤亡的情况。同时，地铁、隧道、高层建筑等的增加，使得火灾救援工作变得更加复杂。消防机器人可以代替消防救援人员进入危险灾害事故现场，实施数据信息采集和反馈，对消防救援人员可能面临的人身安全问题进行解决。现场指挥人员可以依照消防机器人反馈的结果，对现场灾情作出科学判断，然后制定出有效的决策，为抢险救灾指明方向[1]。

依照相应的灭火救援技术，可以将消防机器人分为几种不同的类型：首先，依照机器人的具体功能，消防机器人包括了灭火机器人、救援机器人、侦测机器人等；其次，依照机器人的控制方式，消防机器人包括了有线控制机器人、无线控制机器人以及人工智能自适应机器人等；然后，依照机器人在作业中采用的探测技术，消防机器人包括了视觉探测机器人、触觉探测机器人、红外探测机器人等；最后，依照机器人的智能化程度，消防机器人包括了程序化机器人、计算机辅助控制机器人以及智能化机器人等。

二、消防机器人的使用环境

消防机器人本身属于高科技产物，造价昂贵，结构复杂，日常保养维护和实战应用需要投入大量的物力和财力，也正因为如此，消防机器人需要被应用在特定的环境中：

（一）高层建筑

高层或者超高层建筑火灾的扑救一直都是一大难题，一方面，建筑内部空间巨大，可燃物众多，加上烟囱效应的存在，火势会在极短的时间内快速蔓延；另一方面，高层建筑的高度大，功能复杂，形式多样，人员疏散难度大。将消防机器人应用到高层建筑火灾救援中，可以实现对于现场火情的准确侦测，查明着火点的位置和火灾类型，开展排烟、搜救以及灭火等功能，这样既可以提高消防救援工作的效率，也可以避免消防救援人员的伤亡[2]。

（二）地下空间

地下密闭空间是消防机器人使用的主要环境之一，地下建筑本身具有密闭性，对外通道少，一旦发生火灾，产生的热烟气容易聚集，火灾现场会遍布浓烟，能见度低，消防人员在进行救援的过程中，容易出现窒息或者中毒风险。同时，封闭空间无法有效散热，在温度不断升高的情况下，容易引发坍塌等事故，进一步增大救援难度。在使用消防机器人进行救援的情况下，能够规避消防救援人员伤亡事故，也可以很好地对现场火势进行控制，有着比较理想的火灾救援效果。

（三）地铁隧道

城市化进程不断加快的背景下，从缓解地面交通压力，方便市民出行的角度，地铁隧道工程的数量呈现出了快速增长的态势，而在地铁及隧道工程中，需要设置大量的照明系统和电气系统，一旦发生火灾事故，电力系统会受到牵连，照明系统的崩溃使得消防救援人员面对黑暗的环境，很难实现有效的灭火和救援工作。消防机器人的使用，可以借助红外探测技术、温度感应技术等，准确定位火源和等待救援的人员，不需要照明就能够自如行动，可以显著提升消防救援的效率[3]。

三、消防机器人在灭火救援中的设计选型

以某小型消防救援机器人为例，从软件和硬件两个方面，对其设计进行简单讨论。

（一）软件设计

在消防机器人软件设计中，一般是采用序列控制的方式进行编程，但是这种情况下，程序必须按照一定的顺序运行，任何时候都只能响应一个任务。对此，可以采用上位机程序控制软件，其本身采用的是类结构的控制模块表达，方便对数据结构进行综合管控，突出了模块的完整性，可以为功能调试以及程序修改提供便利。同时，软件具备了视图和数据库功能，方便用户进行文档及接口编制，可以实现对于消防机器人的有效控制，确保机器人的可靠运转。

（二）硬件设计

在针对消防机器人硬件进行设计的过程中，需要先对其预期功能进行明确，该机器人主要用于斜坡行走以及室外环境下的快速营救。结合相关研究资料，初步确定了三种不同的硬件方案：第一种方案是利用阶梯杆臂，通过起落的方式来实现救人，配合履带式结构，实现斜坡区域的稳定行走；第二种是借助旋转臂杆的上下控制来救人，斜坡行走同样选择履带式结构，在机器人前端添加大型三角轮来拉动；第三种方式是借助折叠型臂杆实现起落救人，斜坡行走依然是采用履带式结构，在尾翼位置加上了可以弯曲的大轮使其在平缓区域能够有更快的移动速度[4]。

对比三种方案，最终选择第三种作为硬件设计方案，因为其相比较前两种的适应能力更强，稳定性也更好。在设计环节，对于折叠杆臂的起落问题，经过多种方式的对比分析，最终选择使用蜗轮蜗杆，以电机带动其升降，杆臂之间的连接采用蜗轮蜗杆，可以向着不同的方向灵活转动，起到最佳的救人效果。另外，在平地和斜坡上，机器人采用了不同的行走方式，通过在左右轮各设置一个电机的方式，配合网络中心的远程控制，可以实现左右轮运行速度的灵活变化。

在电机转轴与轮子之间，设置了横向轴承，能够避免轴承打滑的情况。消防机器人设计的核心目的，是火场救援，对于人员的营救主要是通过设置在杆臂上的链条结构实现，链条结构本身能够自由延伸，设置有相应的自动化结构，在救人时，安全舱门自动化打开，将链条伸向目标，人员可以跳到安全舱门上，进入安全仓后，舱门关闭，再点击内部设置的控制按钮，机器人会运行到安全位置，然后将人员放出。机器人后推轮设置有折叠功能，可以方便其在平面与斜坡间的自由转换[5]。

四、结语

总而言之，以科学技术的飞速发挥为支撑，消防机器人在灭火救援中得到了较为广泛的应用，也取得了理想的成效。应该明确，消防机器人作为高新技术，对于设备的精密度要求极高，想要确保其在灭火救援中的有效应用，需要加强实战阶段的技术研究，同时要求消防工作人员熟悉消防机器人技术的应用方法，推动消防机器人技术的发展。