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“消防戰(zhàn)士”基于多傳感器識別的家庭消防守護(hù)者

隨著我國建筑產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)高層建筑已不計其數(shù)，伴隨而來的問題也日益增多，人民較為關(guān)注的便是火災(zāi)。高層建筑火災(zāi)蔓延迅速，及時滅火顯得尤為重要。在國家“雙碳”、“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”的時代背景下，為進(jìn)一步貫徹國家發(fā)展制造業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，更好地滿足人們對美好生活的需求，降低火災(zāi)帶來的損失，“消防戰(zhàn)士”基于多傳感器識別的家庭消防守護(hù)者應(yīng)運而生。本項目應(yīng)用火焰?zhèn)鞲衅骰鹧孀宰R別原理，以構(gòu)建人機(jī)交互，智能守護(hù)家庭消防安全為思路，探究了針對家庭消防安全的智能家居“基于多傳感器識別的家庭滅火機(jī)器人”的設(shè)計與功能實現(xiàn)，解決了在火災(zāi)初期階段人力難以發(fā)現(xiàn)造成生命財產(chǎn)損失的難題。

圖1 “消防戰(zhàn)士”基于多傳感器識別的家庭消防守護(hù)者作品圖（1）

圖2 “消防戰(zhàn)士”基于多傳感器識別的家庭消防守護(hù)者作品圖（2）

本團(tuán)隊充分調(diào)研了目前市場家用智能消防設(shè)備的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)在家庭消防安全領(lǐng)域的智能家居少之又少，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計了“消防戰(zhàn)士”基于多傳感器識別的家庭消防守護(hù)者，填補(bǔ)家用智能消防設(shè)備領(lǐng)域的市場空白，將機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制部分巧妙結(jié)能消防機(jī)器人。

機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，機(jī)器人主要由底盤、驅(qū)動系統(tǒng)、滅火機(jī)構(gòu)三部分組成。其中：底盤設(shè)計采用當(dāng)下電動汽車主流設(shè)計方案，底部采用全托護(hù)板，并采用鏤空結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計，采用鋁合金型材作為主框架，有較好的防碰撞能力；驅(qū)動系統(tǒng)使用4個主動輪、8個從動輪配合履帶驅(qū)動，兩側(cè)履帶上安裝有彈簧減震，有效保護(hù)機(jī)器人底盤；滅火機(jī)構(gòu)分為滅火升降機(jī)構(gòu)和頂部滅火機(jī)構(gòu)，滅火升降機(jī)構(gòu)利用平行四邊形變形原理，使用電動推桿作為動力源，電動推桿最大推力可達(dá)1000N；頂部滅火機(jī)構(gòu)，使用雙舵機(jī)控制，可實現(xiàn)180°自由旋轉(zhuǎn)，且配有無線攝像頭，實現(xiàn)火源監(jiān)測，滿足復(fù)雜滅火環(huán)境需要。

圖3 “消防戰(zhàn)士”基于多傳感器識別的家庭消防守護(hù)者結(jié)構(gòu)圖

控制方面，主要包括火焰?zhèn)鞲衅鳌囟葌鞲衅鳌熿F傳感器、通信模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊、GPS定位模塊、中央處理模塊等。中央處理模塊是整個控制系統(tǒng)的核心，用來分析處理數(shù)據(jù)，控制各執(zhí)行器運行；火焰?zhèn)鞲衅髯R別火焰；溫度傳感器檢測周圍環(huán)境溫度；煙霧傳感器檢測現(xiàn)場煙霧濃度，輔助判斷火情；通信模塊處理機(jī)器與各房間檢測模塊的通信；物聯(lián)網(wǎng)模塊用于向主人及有關(guān)部門發(fā)送火情狀況與處理進(jìn)度；GPS模塊用于位置確定。多傳感器配合檢測，可使機(jī)器快速確定著火點，提高滅火效率與精度，當(dāng)現(xiàn)場火情不可控時，機(jī)器會迅速向緊急聯(lián)系人發(fā)送信息，并協(xié)助報至消防中心。

在制作過程中，我們主要采用了鋁型材、耐火耐高溫材料、碳化硅磚等材料，利用激光雕刻等技術(shù)制作一些關(guān)鍵、個性化零部件，增加了機(jī)器的可靠性與美觀性。

經(jīng)過兩個多月的修改與制作，團(tuán)隊制作出了物理樣機(jī)。通過調(diào)試和改進(jìn)，實現(xiàn)了預(yù)期功能，驗證了系統(tǒng)的可靠性和實用性。
作品主要性能參數(shù)如下：

表1 “消防戰(zhàn)士”基于多傳感器識別的家庭消防守護(hù)者主要性能參數(shù)