基本信息
- 项目名称：
- 无线控制爬楼灭火机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本机器人为一款全新设计的无线控制爬楼灭火机器人，将爬楼、灭火、侦查、经济性等关键因素有机的融合。整车采用模块化设计，主要由机械传动模块、无线控制模块、图像无线传输模块、灭火模块、电源模块等五个基本模块组成。整车的主要机械结构为四个十字轮架结构。作品的控制方式为无线控制，可以完成爬楼、直线行走、越障、转弯等一系列的动作。灭火方式为水雾和高压水柱（可调)。
- 详细介绍：
- 随着我国高楼层建筑的日益增多，高楼层火灾发生次数也越来越频繁，伤亡人数、直接、间接损失也在不断的上升。无线控制爬楼灭火机器人可以代替消防救援人员进入危险的火场内部执行灭火、侦查的任务，不但能较好的完成任务，更有效的保障了他们的人身安全，同时也为灭火争取了宝贵的时间。 目前市场上的消防机器人要么体积庞大，不适应楼道窄小空间；要么价格昂贵，维护使用困难；要么只能在火场中起侦查作用，错过了灭火的最佳时间。所以我们整合现有的技术，并结合高楼灭火实际进行创新，将爬楼、灭火、侦查、经济性等几个消防机器人的须具备的关键因素有机融合。本作品是一款全新设计的无线控制爬楼灭火机器人，本作品长1200mm、宽500mm、高500mm，重60公斤，整车采用模块化设计，由机械传动模块、无线控制模块、图像无线传输模块、灭火模块、电源模块等五个基本模块组成，模块间相互独立，方便维护。还可根据用户的需要分模块定制。整机主要机械结构为四个十字形的轮架，其中两个前驱动轮通过蜗轮蜗杆传动机构与电动机连接，实现动力传递，并可经过齿轮、带传动将动力传给滚轮进行平地行走。两驱动轮经过差速转换可以实现转弯等动作。通过改变离合器机构的开合状态，可实现平地行走与爬楼两种状态的切换。从动轮在驱动轮的带动下可以自动翻越楼梯台阶，实现爬楼功能。另外，由于十字轮的特殊结构，机器人可以轻松跨越160mm的障碍物。该作品灭火方式主要是水雾和高压水柱两种，细小的水雾气化带走大量热并隔绝空气，使物体表面火势迅速被扑灭；高压水柱则用来扑灭A（深处）类火。本作品具有远程控制功能，通过一个遥控器便能够远程控制机器人的爬楼、灭火、侦查的状态切换，且相互间不受影响。 该自动爬楼灭火机器人功率大、性能出众、功能完备、适用性强、性价比高，可以在各种场合使用并推广。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计的目的和基本思路 该机器人按用途分类可分为：平地行走及爬楼系统、控制系统、灭火系统三大系统。1、平地行走及爬楼系统：两个电机正转时通过涡轮蜗杆、行星轮、同步带轮将动力传递至各轮，此时为平地行走，电机反转为后退。两个电机转向相反时为转向，当电动推杆推动两个离合器闭合时，机器人便能完成爬楼、越障动作。2 控制系统：通过无线遥控实现各模块、各系统的电路通断达到其工作与暂停的目的。3 灭火系统通过水泵产生高水压，经由喷头形成喷雾或高压水柱。 创新点：1 巧妙使用离合器机构，通过控制离合器的开合实现机器人爬楼、平地行走的转换。2 模块化设计与无线控制，每个模块都能够单独的工作，对机器人的控制则简化为对各模块的控制。3 将爬楼、灭火、侦查功能合为一体，在代替救援人员进入火场的同时，也能够实时监测火场内部情况，为消防救援提供依据。 技术关键：1、离合器的安装与功能的实现。利用连杆、拨叉、电动推杆共同作用实现离合器的开合，进而实现机器人平地行走与爬楼状态的转换。2、所有的模块的电能供应均由一块由单片机、继电器、无线信号接收器组成的电路板控制，任意模块电路的通断可以无线遥控。 主要技术指标：1、外形尺寸1200*500*500 2、灭火效率3㎡/min 3、平地行走速度 0.8m/s 4、爬楼速度 0.4m/s 5、续航能力 5h
科学性、先进性
- 虽然国内为已经成功的研制出不同种类的消防机器人，这些机器人的按行走方式分类可分为：履带式和轮式。履带式机器人主要针对不平坦路面设计有较好的越障能力；而轮式机器人适应于平坦的路面。按用途分类主要可分为：灭火机器人、侦查机器人、探测机器人等，这些机器人功能较单一化。上述机器人大多体积庞大，结构复杂，成本高、控制复杂。目前市面上尚没有专门为爬楼设计的灭火、侦查机器人。本作品较之目前国内外主流消防机器人，我们利用十字轮结构，能够爬楼、越障、平地行走。最突出的优势在于将灭火、爬楼、侦查、经济性等几项关键因素融为一体，专门为窄小的狭小空间设计，有很强的环境适应性。 1、该机器人灭火效率高，能够在能够在10s时间内喷灭面积为0.5平方米的B类火（油类火）。2、成本低，容易实现市场的普及化，本作品大部分由简单部件组成，易于生产。3、控制系统与各功能模块相互结合，机器人容易控制、便于维护。
获奖情况及鉴定结果
- 1、机械设计模块获第四届全国大学生机械创新设计大赛省级二等奖 2、南昌大学第十二届挑战杯特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 洽谈
作品可展示的形式
- 1 实物、产品 2 图纸 3 现场演示 4 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：1 平地行走时，两个电机正转，通过涡轮蜗杆、行星轮、同步带传动带动车轮转动，为向前行走。电机反转为后退，同时电机一个正转，另个反转时为转向。2 可以产生高压水柱和水雾。3 能够通过无线摄像头将火场内的情况清晰的反馈。4 所有电器元件均受无线控制器控制。 技术特点及优势：1 机器人设计用于高效爬上楼梯尺寸为280*160mm左右的普通居民楼楼梯。2 可以轻松翻越160mm以内高度的障碍物。3 可以在10s左右时间内灭面积为0.5平方米的B类火（油类火）。4 机器人整体能够实现无线远程控制。 据初步的调查了解，全世界消防机器人的需求量高达数万台，本作品利用现有已经成熟的技术，并根据市场及高楼灭火环境的需要进行机构、控制方面的创新，且所采用的零部件已经大部分量产化。单件的所有研制成本仅为4000元，而在市场上与之功能相近的消防机器人动辄上万元，甚至几十万元。并且根据我们的调研在市场上并没有专门为爬楼设计的灭火、侦查机器人。我们完全有理由相信，我们的产品拥有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 1、国外消防机器人发展现状 美国和俄罗斯较早开展消防机器人研究，稍后英、法、日等国也纷纷研究该类技术，目前已有多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。日本投入应用的消防机器人最多，这类机器人以内燃机或电动机为动力，能爬坡、越障碍；装有较大喷射流量的消防枪炮，通过电缆或无线控制。1999年英国中西部消防部门和Firma SAS公司联合研制的机器人消防车，用HunterIII汽车改装而成，装有双臂、水枪、探测器、工业电视摄像机、红外线装置，机械手用来启闭阀门、搬移物品或开门等。但是这一类的消防灭火机器人因为其自身的原因大多体积庞大，难以适应楼道等比较狭小的空间，并且结构复杂，造价、维护费用很高。 2、国内消防机器人发展现状 哈尔滨工业大学，上海交通大学等高校在1990年开始了擦窗机器人的研究，但是由于资金有限，没有能够取得预期的成果。1997年中国消防装备研究部门才开始对消防灭火机器人进行科研开发，2003年，由公安部上海消防研究所、上海交通大学、上海消防局三家单位共同承担的国家863项目“履带式、轮式消防灭火机器人”研制成功并顺利通过国家验收。我国消防机器人主要分为三类： 1 六轮消防灭火机器人。由悬挂式六轮行走机构、远控消防炮、环境与车体内部温度探测系统、水喷雾冷却自卫系统、水和泡沫灭火剂供给系统、有线电力供应及控制系统等构成。可在后方操作员指挥下深入火灾关键部位，但是却需要利用后方供给系统输送的灭火剂且机身非常笨重。2 履带式消防灭火机器人。主要功能与六轮消防机器人相同，不同的是其行走机构改成履带式，动力由自携式柴油发动机提供，通过液压系统驱动行走机构和远控消防炮，控制方式改为无线控制，适应大环境空间的灭火。3 履带轮式消防灭火侦察机器人。由远控消防泡沫(水)炮灭火系统、可燃和有毒气体探测系统、履带轮式行走机构、正压防爆系统、远程图像监测传输系统、喷雾冷却自卫系统等组成。可在救灾人员控制下自行进入易燃易爆、剧毒化学等危险事故和火灾现场，完成系列灭火和化学救援工作。这类机器人有这复杂的控制、分析系统，造价很高，且存在高温下工作不稳定等情况。对于火场救援来说其意义仅局限于侦查。
