郭家豪+尉蕾+韓澤凱+劉利平

摘 要：為避免消防員在滅火過程中發(fā)生意外，文中設(shè)計(jì)了一款體感消防機(jī)器人。該機(jī)器人采用體感技術(shù)，可通過人體頭部、手臂的運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人做相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)該機(jī)器人還可攜帶多種傳感器，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)環(huán)測(cè)參數(shù)傳回客戶端，方便消防員分析現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)完成滅火任務(wù)。

關(guān)鍵詞：體感技術(shù)；傳感器；消防機(jī)器人

1 作品簡介

隨著科技對(duì)生活各領(lǐng)域的全面侵入，當(dāng)危難來臨時(shí)，我們亦可充分利用科技力量來與“災(zāi)難”作斗爭。體感消防機(jī)器人實(shí)物如圖1所示。

有感于救火工作的危險(xiǎn)性及“天津爆炸”事件的發(fā)生，我們研發(fā)了“體感消防機(jī)器人”。該裝置采用體感技術(shù)——攝像頭隨頭部運(yùn)動(dòng)，使操控者可以身臨其境觀察現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)；滅火噴射裝置與手臂同步運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)仿人滅火工作。盡量保障操控者（消防員）處在安全距離之外來實(shí)現(xiàn)滅火工作。同時(shí)，該裝置亦能攜帶多種環(huán)境檢測(cè)傳感器，在滅火的同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)環(huán)測(cè)參數(shù)傳遞到遠(yuǎn)程客戶端，以輔助工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行深入分析。

面對(duì)熊熊燃燒的大火，我們希望消防員能夠通過佩戴3D眼鏡及相關(guān)體感裝置來操控“體感消防機(jī)器人”，實(shí)時(shí)分析火場(chǎng)數(shù)據(jù)，制定科學(xué)的方案，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程滅火，而非用血肉之軀在火場(chǎng)穿梭。

2 工作原理

體感消防機(jī)器人采用體感、遠(yuǎn)程控制以及無線傳輸技術(shù)代替消防員深入熊熊燃燒的大火中，可實(shí)時(shí)顯示火場(chǎng)區(qū)域的環(huán)境變化情況，消防員只需遠(yuǎn)程控制便可達(dá)到滅火的目的。滅火程序如圖2所示。

體感消防機(jī)器人裝有攝像頭，機(jī)械臂，檢測(cè)傳感器組等裝置。消防員佩戴機(jī)器人套裝，手持搖桿可以隨意控制小車的方向，且體感消防機(jī)器人體型小巧，可以快速找到火源。通過頭部的移動(dòng)，手機(jī)將會(huì)讀取陀螺儀的值，通過WiFi將其傳入上位機(jī)顯示，同時(shí)還會(huì)上傳到攝像頭云臺(tái)，可通過人的頭部運(yùn)動(dòng)來遠(yuǎn)程控制攝像頭的視野。體感裝置讀取陀螺儀數(shù)值后將其通過藍(lán)牙傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示，再通過WiFi將其傳輸?shù)綑C(jī)械臂，達(dá)到通過人體手臂運(yùn)動(dòng)來控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的目的。小車上裝有溫度傳感器，當(dāng)其進(jìn)入火場(chǎng)后，便將采集到的數(shù)值無線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)及手機(jī)端，供消防員制定科學(xué)的消防計(jì)劃。

手機(jī)端使用安卓自編的App實(shí)時(shí)顯示體感消防機(jī)器人的拍攝畫面，可將采集到的溫度值以可視化的界面顯示，消防員可直觀分析溫度的變化，同時(shí)手機(jī)端還可查看機(jī)械臂的行動(dòng)角度，及時(shí)糾正滅火的角度誤差。

上位機(jī)部分可實(shí)時(shí)顯示火場(chǎng)畫面，指揮官便可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滅火情況，同時(shí)上位機(jī)還會(huì)將采集到的溫度值以及陀螺儀值的變化儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫中，為體感消防機(jī)器人的改善提供數(shù)據(jù)依據(jù)，同時(shí)還可為本次滅火提供理性分析的依據(jù)，有助于專家分析起火原因。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用體感技術(shù)同步消防機(jī)器人噴射手臂的運(yùn)動(dòng)，操控者可靈活控制噴射角度。

體感消防機(jī)器人代替操控者進(jìn)入火場(chǎng)，操控者通過自己的手臂達(dá)到同步控制噴射裝置運(yùn)動(dòng)的目的，可靈活改變噴射角度，優(yōu)化噴射效果。

（2）體感消防機(jī)器人自身攜帶攝像頭，現(xiàn)場(chǎng)畫面實(shí)時(shí)回傳于操控者佩戴的3D眼鏡中，使其實(shí)現(xiàn)身臨其境觀測(cè)的目的。

操控者佩戴含攝像頭控制器的3D眼鏡，通過頭部的運(yùn)動(dòng)來控制攝像頭的方向，真實(shí)呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情景，助其辨別火勢(shì)，并將實(shí)時(shí)畫面?zhèn)骰財(cái)?shù)據(jù)中心，指揮官可以實(shí)時(shí)分析制定最佳的滅火計(jì)劃。

（3）體感消防機(jī)器人攜帶傳感器組，可實(shí)時(shí)采集火場(chǎng)數(shù)值。

體感消防機(jī)器人攜帶的傳感器組可實(shí)時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)上傳于操控者的手機(jī)客戶端與數(shù)據(jù)中心，操控者可以實(shí)時(shí)分析危害物成分，制定滅火計(jì)劃，同時(shí)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)，便于之后對(duì)火災(zāi)的分析與總結(jié)。

4 市場(chǎng)前景

21世紀(jì)，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，各種大型、高層建筑物如雨后春筍般拔地而起，他們空間高、跨度大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局復(fù)雜，功能及用途繁多，可燃易燃物質(zhì)多，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)易于蔓延成災(zāi)，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量黑色濃煙和有毒氣體，四處擴(kuò)散，使得著火和大面積未著火的空間被其籠罩，將消防員遠(yuǎn)遠(yuǎn)隔離在著火部位之外，無法接近火場(chǎng)，使消防隊(duì)難以控制火勢(shì)，撲救火災(zāi)難度大。因此迫切需要具有能自主進(jìn)入火場(chǎng)，尋找火源，及時(shí)近距離撲滅火災(zāi)等功能強(qiáng)大的，能代替消防員完成急難險(xiǎn)重任務(wù)的特殊消防裝備。

雖然市面上已有智能消防系統(tǒng)，但往往通過機(jī)器人自身佩戴的多種傳感器來實(shí)現(xiàn)自我避障，自我尋找火源，自我滅火等功能。這種智能消防系統(tǒng)沒有消防經(jīng)驗(yàn)，判斷錯(cuò)誤概率較大，極可能使消防人員錯(cuò)過最佳滅火時(shí)機(jī)。

我們研發(fā)的體感消防機(jī)器人更多是通過遠(yuǎn)程控制，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的畫面通過攝像頭實(shí)時(shí)傳輸?shù)较绬T面前，并配有溫度傳感器，有助于消防人員分析現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)，通過手臂的移動(dòng)來控制機(jī)械臂的大方向，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程滅火的目的。該智能裝置具有高可靠性與穩(wěn)定的監(jiān)視功能，消防員可以借助該體感消防機(jī)器人來實(shí)時(shí)分析現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)，及時(shí)完成滅火任務(wù)。endprint