體感消防機器人

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生意外，文中設計了一款體感消防機器人。該機器人采用體感技術，可通過人體頭部、手臂的運動遠程控制機器人做相應的動作，同時該機器人還可攜帶多種傳感器，將現場實時環測參數傳回客戶端，方便消防員分析現場情況，及時完成滅火任務。

關鍵詞：體感技術；傳感器；消防機器人

1 作品簡介

隨著科技對生活各領域的全面侵入，當危難來臨時，我們亦可充分利用科技力量來與“災難”作斗爭。體感消防機器人實物如圖1所示。

有感于救火工作的危險性及“天津爆炸”事件的發生，我們研發了“體感消防機器人”。該裝置采用體感技術——攝像頭隨頭部運動，使操控者可以身臨其境觀察現場火勢；滅火噴射裝置與手臂同步運動，可實現仿人滅火工作。盡量保障操控者（消防員）處在安全距離之外來實現滅火工作。同時，該裝置亦能攜帶多種環境檢測傳感器，在滅火的同時將現場實時環測參數傳遞到遠程客戶端，以輔助工作人員對現場情況進行深入分析。

面對熊熊燃燒的大火，我們希望消防員能夠通過佩戴3D眼鏡及相關體感裝置來操控“體感消防機器人”，實時分析火場數據，制定科學的方案，實現遠程滅火，而非用血肉之軀在火場穿梭。

2 工作原理

體感消防機器人采用體感、遠程控制以及無線傳輸技術代替消防員深入熊熊燃燒的大火中，可實時顯示火場區域的環境變化情況，消防員只需遠程控制便可達到滅火的目的。滅火程序如圖2所示。

體感消防機器人裝有攝像頭，機械臂，檢測傳感器組等裝置。消防員佩戴機器人套裝，手持搖桿可以隨意控制小車的方向，且體感消防機器人體型小巧，可以快速找到火源。通過頭部的移動，手機將會讀取陀螺儀的值，通過WiFi將其傳入上位機顯示，同時還會上傳到攝像頭云臺，可通過人的頭部運動來遠程控制攝像頭的視野。體感裝置讀取陀螺儀數值后將其通過藍牙傳輸到上位機顯示，再通過WiFi將其傳輸到機械臂，達到通過人體手臂運動來控制機械臂運動的目的。小車上裝有溫度傳感器，當其進入火場后，便將采集到的數值無線傳輸到上位機及手機端，供消防員制定科學的消防計劃。

手機端使用安卓自編的App實時顯示體感消防機器人的拍攝畫面，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，同時手機端還可查看機械臂的行動角度，及時糾正滅火的角度誤差。

上位機部分可實時顯示火場畫面，指揮官便可實時監測滅火情況，同時上位機還會將采集到的溫度值以及陀螺儀值的變化儲存于數據庫中，為體感消防機器人的改善提供數據依據，同時還可為本次滅火提供理性分析的依據，有助于專家分析起火原因。

3 創新點

（1）利用體感技術同步消防機器人噴射手臂的運動，操控者可靈活控制噴射角度。

體感消防機器人代替操控者進入火場，操控者通過自己的手臂達到同步控制噴射裝置運動的目的，可靈活改變噴射角度，優化噴射效果。

（2）體感消防機器人自身攜帶攝像頭，現場畫面實時回傳于操控者佩戴的3D眼鏡中，使其實現身臨其境觀測的目的。

操控者佩戴含攝像頭控制器的3D眼鏡，通過頭部的運動來控制攝像頭的方向，真實呈現現場情景，助其辨別火勢，并將實時畫面傳回數據中心，指揮官可以實時分析制定最佳的滅火計劃。

（3）體感消防機器人攜帶傳感器組，可實時采集火場數值。

體感消防機器人攜帶的傳感器組可實時將采集到的數據上傳于操控者的手機客戶端與數據中心，操控者可以實時分析危害物成分，制定滅火計劃，同時數據中心存儲采集到的數據，便于之后對火災的分析與總結。

4 市場前景

21世紀，隨著城市建設的飛速發展，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，內部結構及布局復雜，功能及用途繁多，可燃易燃物質多，一旦發生火災，火勢易于蔓延成災，同時還會產生大量黑色濃煙和有毒氣體，四處擴散，使得著火和大面積未著火的空間被其籠罩，將消防員遠遠隔離在著火部位之外，無法接近火場，使消防隊難以控制火勢，撲救火災難度大。因此迫切需要具有能自主進入火場，尋找火源，及時近距離撲滅火災等功能強大的，能代替消防員完成急難險重任務的特殊消防裝備。

雖然市面上已有智能消防系統，但往往通過機器人自身佩戴的多種傳感器來實現自我避障，自我尋找火源，自我滅火等功能。這種智能消防系統沒有消防經驗，判斷錯誤概率較大，極可能使消防人員錯過最佳滅火時機。

我們研發的體感消防機器人更多是通過遠程控制，火災現場的畫面通過攝像頭實時傳輸到消防員面前，并配有溫度傳感器，有助于消防人員分析現場火勢，通過手臂的移動來控制機械臂的大方向，實現遠程滅火的目的。該智能裝置具有高可靠性與穩定的監視功能，消防員可以借助該體感消防機器人來實時分析現場火勢，及時完成滅火任務。endprint