基本信息
- 項目名稱：
- 無線控制爬樓滅火機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本機器人為一款全新設計的無線控制爬樓滅火機器人，將爬樓、滅火、偵查、經(jīng)濟性等關(guān)鍵因素有機的融合。整車采用模塊化設計，主要由機械傳動模塊、無線控制模塊、圖像無線傳輸模塊、滅火模塊、電源模塊等五個基本模塊組成。整車的主要機械結(jié)構(gòu)為四個十字輪架結(jié)構(gòu)。作品的控制方式為無線控制，可以完成爬樓、直線行走、越障、轉(zhuǎn)彎等一系列的動作。滅火方式為水霧和高壓水柱（可調(diào))。
- 詳細介紹：
- 隨著我國高樓層建筑的日益增多，高樓層火災發(fā)生次數(shù)也越來越頻繁，傷亡人數(shù)、直接、間接損失也在不斷的上升。無線控制爬樓滅火機器人可以代替消防救援人員進入危險的火場內(nèi)部執(zhí)行滅火、偵查的任務，不但能較好的完成任務，更有效的保障了他們的人身安全，同時也為滅火爭取了寶貴的時間。 目前市場上的消防機器人要么體積龐大，不適應樓道窄小空間；要么價格昂貴，維護使用困難；要么只能在火場中起偵查作用，錯過了滅火的最佳時間。所以我們整合現(xiàn)有的技術(shù)，并結(jié)合高樓滅火實際進行創(chuàng)新，將爬樓、滅火、偵查、經(jīng)濟性等幾個消防機器人的須具備的關(guān)鍵因素有機融合。本作品是一款全新設計的無線控制爬樓滅火機器人，本作品長1200mm、寬500mm、高500mm，重60公斤，整車采用模塊化設計，由機械傳動模塊、無線控制模塊、圖像無線傳輸模塊、滅火模塊、電源模塊等五個基本模塊組成，模塊間相互獨立，方便維護。還可根據(jù)用戶的需要分模塊定制。整機主要機械結(jié)構(gòu)為四個十字形的輪架，其中兩個前驅(qū)動輪通過蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)與電動機連接，實現(xiàn)動力傳遞，并可經(jīng)過齒輪、帶傳動將動力傳給滾輪進行平地行走。兩驅(qū)動輪經(jīng)過差速轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等動作。通過改變離合器機構(gòu)的開合狀態(tài)，可實現(xiàn)平地行走與爬樓兩種狀態(tài)的切換。從動輪在驅(qū)動輪的帶動下可以自動翻越樓梯臺階，實現(xiàn)爬樓功能。另外，由于十字輪的特殊結(jié)構(gòu)，機器人可以輕松跨越160mm的障礙物。該作品滅火方式主要是水霧和高壓水柱兩種，細小的水霧氣化帶走大量熱并隔絕空氣，使物體表面火勢迅速被撲滅；高壓水柱則用來撲滅A（深處）類火。本作品具有遠程控制功能，通過一個遙控器便能夠遠程控制機器人的爬樓、滅火、偵查的狀態(tài)切換，且相互間不受影響。 該自動爬樓滅火機器人功率大、性能出眾、功能完備、適用性強、性價比高，可以在各種場合使用并推廣。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品設計的目的和基本思路 該機器人按用途分類可分為：平地行走及爬樓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)三大系統(tǒng)。1、平地行走及爬樓系統(tǒng)：兩個電機正轉(zhuǎn)時通過渦輪蝸桿、行星輪、同步帶輪將動力傳遞至各輪，此時為平地行走，電機反轉(zhuǎn)為后退。兩個電機轉(zhuǎn)向相反時為轉(zhuǎn)向，當電動推桿推動兩個離合器閉合時，機器人便能完成爬樓、越障動作。2 控制系統(tǒng)：通過無線遙控實現(xiàn)各模塊、各系統(tǒng)的電路通斷達到其工作與暫停的目的。3 滅火系統(tǒng)通過水泵產(chǎn)生高水壓，經(jīng)由噴頭形成噴霧或高壓水柱。 創(chuàng)新點：1 巧妙使用離合器機構(gòu)，通過控制離合器的開合實現(xiàn)機器人爬樓、平地行走的轉(zhuǎn)換。2 模塊化設計與無線控制，每個模塊都能夠單獨的工作，對機器人的控制則簡化為對各模塊的控制。3 將爬樓、滅火、偵查功能合為一體，在代替救援人員進入火場的同時，也能夠?qū)崟r監(jiān)測火場內(nèi)部情況，為消防救援提供依據(jù)。 技術(shù)關(guān)鍵：1、離合器的安裝與功能的實現(xiàn)。利用連桿、撥叉、電動推桿共同作用實現(xiàn)離合器的開合，進而實現(xiàn)機器人平地行走與爬樓狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。2、所有的模塊的電能供應均由一塊由單片機、繼電器、無線信號接收器組成的電路板控制，任意模塊電路的通斷可以無線遙控。 主要技術(shù)指標：1、外形尺寸1200*500*500 2、滅火效率3㎡/min 3、平地行走速度 0.8m/s 4、爬樓速度 0.4m/s 5、續(xù)航能力 5h
科學性、先進性
- 雖然國內(nèi)為已經(jīng)成功的研制出不同種類的消防機器人，這些機器人的按行走方式分類可分為：履帶式和輪式。履帶式機器人主要針對不平坦路面設計有較好的越障能力；而輪式機器人適應于平坦的路面。按用途分類主要可分為：滅火機器人、偵查機器人、探測機器人等，這些機器人功能較單一化。上述機器人大多體積龐大，結(jié)構(gòu)復雜，成本高、控制復雜。目前市面上尚沒有專門為爬樓設計的滅火、偵查機器人。本作品較之目前國內(nèi)外主流消防機器人，我們利用十字輪結(jié)構(gòu)，能夠爬樓、越障、平地行走。最突出的優(yōu)勢在于將滅火、爬樓、偵查、經(jīng)濟性等幾項關(guān)鍵因素融為一體，專門為窄小的狹小空間設計，有很強的環(huán)境適應性。 1、該機器人滅火效率高，能夠在能夠在10s時間內(nèi)噴滅面積為0.5平方米的B類火（油類火）。2、成本低，容易實現(xiàn)市場的普及化，本作品大部分由簡單部件組成，易于生產(chǎn)。3、控制系統(tǒng)與各功能模塊相互結(jié)合，機器人容易控制、便于維護。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、機械設計模塊獲第四屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽省級二等獎 2、南昌大學第十二屆挑戰(zhàn)杯特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 洽談
作品可展示的形式
- 1 實物、產(chǎn)品 2 圖紙 3 現(xiàn)場演示 4 圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：1 平地行走時，兩個電機正轉(zhuǎn)，通過渦輪蝸桿、行星輪、同步帶傳動帶動車輪轉(zhuǎn)動，為向前行走。電機反轉(zhuǎn)為后退，同時電機一個正轉(zhuǎn)，另個反轉(zhuǎn)時為轉(zhuǎn)向。2 可以產(chǎn)生高壓水柱和水霧。3 能夠通過無線攝像頭將火場內(nèi)的情況清晰的反饋。4 所有電器元件均受無線控制器控制。 技術(shù)特點及優(yōu)勢：1 機器人設計用于高效爬上樓梯尺寸為280*160mm左右的普通居民樓樓梯。2 可以輕松翻越160mm以內(nèi)高度的障礙物。3 可以在10s左右時間內(nèi)滅面積為0.5平方米的B類火（油類火）。4 機器人整體能夠?qū)崿F(xiàn)無線遠程控制。 據(jù)初步的調(diào)查了解，全世界消防機器人的需求量高達數(shù)萬臺，本作品利用現(xiàn)有已經(jīng)成熟的技術(shù)，并根據(jù)市場及高樓滅火環(huán)境的需要進行機構(gòu)、控制方面的創(chuàng)新，且所采用的零部件已經(jīng)大部分量產(chǎn)化。單件的所有研制成本僅為4000元，而在市場上與之功能相近的消防機器人動輒上萬元，甚至幾十萬元。并且根據(jù)我們的調(diào)研在市場上并沒有專門為爬樓設計的滅火、偵查機器人。我們完全有理由相信，我們的產(chǎn)品擁有廣闊的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 1、國外消防機器人發(fā)展現(xiàn)狀 美國和俄羅斯較早開展消防機器人研究，稍后英、法、日等國也紛紛研究該類技術(shù)，目前已有多種不同功能的消防機器人用于救災現(xiàn)場。日本投入應用的消防機器人最多，這類機器人以內(nèi)燃機或電動機為動力，能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，通過電纜或無線控制。1999年英國中西部消防部門和Firma SAS公司聯(lián)合研制的機器人消防車，用HunterIII汽車改裝而成，裝有雙臂、水槍、探測器、工業(yè)電視攝像機、紅外線裝置，機械手用來啟閉閥門、搬移物品或開門等。但是這一類的消防滅火機器人因為其自身的原因大多體積龐大，難以適應樓道等比較狹小的空間，并且結(jié)構(gòu)復雜，造價、維護費用很高。 2、國內(nèi)消防機器人發(fā)展現(xiàn)狀 哈爾濱工業(yè)大學，上海交通大學等高校在1990年開始了擦窗機器人的研究，但是由于資金有限，沒有能夠取得預期的成果。1997年中國消防裝備研究部門才開始對消防滅火機器人進行科研開發(fā)，2003年，由公安部上海消防研究所、上海交通大學、上海消防局三家單位共同承擔的國家863項目“履帶式、輪式消防滅火機器人”研制成功并順利通過國家驗收。我國消防機器人主要分為三類： 1 六輪消防滅火機器人。由懸掛式六輪行走機構(gòu)、遠控消防炮、環(huán)境與車體內(nèi)部溫度探測系統(tǒng)、水噴霧冷卻自衛(wèi)系統(tǒng)、水和泡沫滅火劑供給系統(tǒng)、有線電力供應及控制系統(tǒng)等構(gòu)成。可在后方操作員指揮下深入火災關(guān)鍵部位，但是卻需要利用后方供給系統(tǒng)輸送的滅火劑且機身非常笨重。2 履帶式消防滅火機器人。主要功能與六輪消防機器人相同，不同的是其行走機構(gòu)改成履帶式，動力由自攜式柴油發(fā)動機提供，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動行走機構(gòu)和遠控消防炮，控制方式改為無線控制，適應大環(huán)境空間的滅火。3 履帶輪式消防滅火偵察機器人。由遠控消防泡沫(水)炮滅火系統(tǒng)、可燃和有毒氣體探測系統(tǒng)、履帶輪式行走機構(gòu)、正壓防爆系統(tǒng)、遠程圖像監(jiān)測傳輸系統(tǒng)、噴霧冷卻自衛(wèi)系統(tǒng)等組成。可在救災人員控制下自行進入易燃易爆、劇毒化學等危險事故和火災現(xiàn)場，完成系列滅火和化學救援工作。這類機器人有這復雜的控制、分析系統(tǒng)，造價很高，且存在高溫下工作不穩(wěn)定等情況。對于火場救援來說其意義僅局限于偵查。
