体感消防机器人

郭家豪+尉蕾+韩泽凱+刘利平

摘 要：为避免消防员在灭火过程中发生意外，文中设计了一款体感消防机器人。该机器人采用体感技术，可通过人体头部、手臂的运动远程控制机器人做相应的动作，同时该机器人还可携带多种传感器，将现场实时环测参数传回客户端，方便消防员分析现场情况，及时完成灭火任务。

关键词：体感技术；传感器；消防机器人

1 作品简介

随着科技对生活各领域的全面侵入，当危难来临时，我们亦可充分利用科技力量来与“灾难”作斗争。体感消防机器人实物如图1所示。

有感于救火工作的危险性及“天津爆炸”事件的发生，我们研发了“体感消防机器人”。该装置采用体感技术——摄像头随头部运动，使操控者可以身临其境观察现场火势；灭火喷射装置与手臂同步运动，可实现仿人灭火工作。尽量保障操控者（消防员）处在安全距离之外来实现灭火工作。同时，该装置亦能携带多种环境检测传感器，在灭火的同时将现场实时环测参数传递到远程客户端，以辅助工作人员对现场情况进行深入分析。

面对熊熊燃烧的大火，我们希望消防员能够通过佩戴3D眼镜及相关体感装置来操控“体感消防机器人”，实时分析火场数据，制定科学的方案，实现远程灭火，而非用血肉之躯在火场穿梭。

2 工作原理

体感消防机器人采用体感、远程控制以及无线传输技术代替消防员深入熊熊燃烧的大火中，可实时显示火场区域的环境变化情况，消防员只需远程控制便可达到灭火的目的。灭火程序如图2所示。

体感消防机器人装有摄像头，机械臂，检测传感器组等装置。消防员佩戴机器人套装，手持摇杆可以随意控制小车的方向，且体感消防机器人体型小巧，可以快速找到火源。通过头部的移动，手机将会读取陀螺仪的值，通过WiFi将其传入上位机显示，同时还会上传到摄像头云台，可通过人的头部运动来远程控制摄像头的视野。体感装置读取陀螺仪数值后将其通过蓝牙传输到上位机显示，再通过WiFi将其传输到机械臂，达到通过人体手臂运动来控制机械臂运动的目的。小车上装有温度传感器，当其进入火场后，便将采集到的数值无线传输到上位机及手机端，供消防员制定科学的消防计划。

手机端使用安卓自编的App实时显示体感消防机器人的拍摄画面，可将采集到的温度值以可视化的界面显示，消防员可直观分析温度的变化，同时手机端还可查看机械臂的行动角度，及时纠正灭火的角度误差。

上位机部分可实时显示火场画面，指挥官便可实时监测灭火情况，同时上位机还会将采集到的温度值以及陀螺仪值的变化储存于数据库中，为体感消防机器人的改善提供数据依据，同时还可为本次灭火提供理性分析的依据，有助于专家分析起火原因。

3 创新点

（1）利用体感技术同步消防机器人喷射手臂的运动，操控者可灵活控制喷射角度。

体感消防机器人代替操控者进入火场，操控者通过自己的手臂达到同步控制喷射装置运动的目的，可灵活改變喷射角度，优化喷射效果。

（2）体感消防机器人自身携带摄像头，现场画面实时回传于操控者佩戴的3D眼镜中，使其实现身临其境观测的目的。

操控者佩戴含摄像头控制器的3D眼镜，通过头部的运动来控制摄像头的方向，真实呈现现场情景，助其辨别火势，并将实时画面传回数据中心，指挥官可以实时分析制定最佳的灭火计划。

（3）体感消防机器人携带传感器组，可实时采集火场数值。

体感消防机器人携带的传感器组可实时将采集到的数据上传于操控者的手机客户端与数据中心，操控者可以实时分析危害物成分，制定灭火计划，同时数据中心存储采集到的数据，便于之后对火灾的分析与总结。

4 市场前景

21世纪，随着城市建设的飞速发展，各种大型、高层建筑物如雨后春笋般拔地而起，他们空间高、跨度大，内部结构及布局复杂，功能及用途繁多，可燃易燃物质多，一旦发生火灾，火势易于蔓延成灾，同时还会产生大量黑色浓烟和有毒气体，四处扩散，使得着火和大面积未着火的空间被其笼罩，将消防员远远隔离在着火部位之外，无法接近火场，使消防队难以控制火势，扑救火灾难度大。因此迫切需要具有能自主进入火场，寻找火源，及时近距离扑灭火灾等功能强大的，能代替消防员完成急难险重任务的特殊消防装备。

虽然市面上已有智能消防系统，但往往通过机器人自身佩戴的多种传感器来实现自我避障，自我寻找火源，自我灭火等功能。这种智能消防系统没有消防经验，判断错误概率较大，极可能使消防人员错过最佳灭火时机。

我们研发的体感消防机器人更多是通过远程控制，火灾现场的画面通过摄像头实时传输到消防员面前，并配有温度传感器，有助于消防人员分析现场火势，通过手臂的移动来控制机械臂的大方向，实现远程灭火的目的。该智能装置具有高可靠性与稳定的监视功能，消防员可以借助该体感消防机器人来实时分析现场火势，及时完成灭火任务。endprint