嵌入式大作业轮式灭火机器人系统设计.doc

嵌入式大作业轮式灭火机器人系统设计 一、概述 近年来，随着城市进程的加快，城市变得越来越拥挤，火灾危险性较大，发生火灾时，火势蔓延快，人员疏散困难。如果不能及时控制火势，后果将不堪设想。因此，灭火机器人应运而生。灭火机器人的基本功能主要包括移动功能、消防功能、观察功能、自我保护功能、探测功能和通讯功能。 二、灭火机器人的基本功能 1. 移动功能：这是移动机器人的基本功能，要求机器人能够靠近火灾现场。 2. 消防功能：这是机器人的主要功能。机器人在进入灭火射程时，根据遥控指令或者自身传感器的信息能够喷射灭火剂进行灭火。 3. 观察功能：这是消防人员了解火灾现场情况，有效组织消防对策，利用灭火机器人进行灭火的辅助功能。 4. 自我保护功能：这是灭火机器人可靠完成其灭火功能的附加功能。一般来说，火灾现场较为复杂，灭火机器人在进行灭火作业时会遇到意想不到的情况。 5. 探测功能：消防机器人可以根据需要采集火灾现场的各项数据（如火场温度、辐射强度、有毒气体的种类及浓度）并能够对数据进行记录或者处理。 6. 通讯功能：为使灭火机器人可靠完成上述功能而设置的必要功能。主要用于发布遥控指令，回传摄像机的视屏信号和现场采集的数据。 三、灭火机器人的性能指标 根据灭火机器人的作业场合，结合我们所能达到的技术，所设计的灭火机器人需要达到的性能指标如下表所示： | 名称 | 性能指标 | | ------------- | ------------ | | 最大移动速度 | >30m/min | | 最大可靠通讯距离 | >250m | | 灭火级别 | 21A | | 最大充装量 | 25Kg | | 控制燃烧面积 | 100m2 | | 最大连续工作时间 | >1h | | 自带灭火剂喷枪 | 8m | | 最大灭火半径 | 25m | | 水平工作角 | 0-360 | | 俯仰工作角 | -10-+45 | | 最大外形尺寸 | 1200mm*800mm*600mm | | 最大重量 | 180Kg | 四、总体结构及工作原理 在灭火机器人系统中，首先要解决的是定位问题，故需要一个好的定位方案。所以核心需要给传感器留足够的输入接口，同时也要有足够的输入接口用于控制外设。而速度对灭火机器人至关重要，在高速运动的情况下，需要 CPU 具有比较强的浮点数运算能力。基于上述考虑，ARM9 作为灭火机器人控制核心是很好的选择。 灭火机器人的总体结构可以分为以下几个子系统：移动载体、传感系统、能源供给系统、灭火系统、冷却系统和控制系统。各个子系统完成的功能和组成如下： （1）移动载体：在轨迹受约束的行走方式中，导轨在同层地下商城基本上呈水平状态，灭火机器人在移动过程中不存在越障问题，采用轮式移动机器人具有较大的优势。外壳应保证消防和冷却用水不能进入载体内部。 （2）传感系统：包括温度传感器、摄像机及其附件、红外扫描系统等。传感器负责火情监测和自身状态监测，机器人根据传感器采集的信息确定下一步的动作。 （3）能源供给系统：为灭火机器人提供必要的能源，以满足其正常工作的需要。 （4）灭火系统：主要用于灭火作业，包括灭火剂喷射、水枪等。 （5）冷却系统：主要用于机器人的冷却，以避免机器人的过热。 （6）控制系统：主要用于机器人的控制和管理，包括 CPU、单片机、串行通信等。 五、结论 嵌入式大作业轮式灭火机器人系统设计的总体结构和工作原理已经基本确定。通过对灭火机器人的性能指标和总体结构的分析，我们可以看到，灭火机器人的设计需要考虑到多方面的因素，包括机器人的移动功能、消防功能、观察功能、自我保护功能、探测功能和通讯功能等。只有当我们充分理解了这些因素时，才能设计出一个功能强大、可靠性高的灭火机器人系统。