灭火机器人的主要组成部分有:主控制器(CPU)、检测装置(各种传感器)、执行装置和灭火装置[3]。一般来说,以往的灭火机器人都是将普通单片机作为主控制芯片,但是往往由于普通单片机具有较慢的运算速度和有限的外部接口的缺陷,灭火机器人的功能往往不是很强大,不能满足实际应用中的复杂要求。近几年,由于ARM 系列的处理器、AVR系列单片机等运算速度高接口资源丰富控制芯片的广泛应用,使得灭火机器人的灭火救援效率和速度大大提高。38507
以往将单片机作为机器人主控制器,这种控制器的核心一般采用ATMEL公司生产的51系列单片机和凌阳公司生产的SPCE061A单片机。用这两类的单片机作为控制器,只能粗糙地完成灭火任务,对火场环境的分析,由于受到单片机运行速度的影响效果不是很理想。论文网
由于高性能微控制器和嵌入式系统技术在机器人领域的到不断地应用,很多实时控制方面的问题得到了解决。采用以AVR单片机为内核的Arduino板作为灭火机器人的控制器可以加强机器人的性能,使之更加智能。在灭火机器人灭火过程中,最需解决的是对火源和自身位置如何确定的问题。因此,要求控制核心给检测装置留下足够的输入和输出接口,用于更好地控制外部设备。其次要解决的是灭火机器人行走速度的问题,而只有控制器具有较强的浮点数运算能力才能解决该问题。所以,采用以AVR单片机为内核的Arduino板作为灭火机器人控制器,可以更好地实现灭火救援的功能。
灭火机器人的国外发展状况
自Devol申请工业机器人专利成功后至今,机器人技术一直处于高速发展状态,世界各国越来越重视机器人的相关研究和应用。其中,各个国家的机器人研究都各有特色。美国研制的机器人以精度高、性能强见长;日本研制的机器人以数量和密度著称;德国研制的机器人以应用广泛而闻名。
灭火机器人由于其实用性强和利用价值高,世界各国都开始了对这种机器人的研究和应用,其中最早开始研究是美国和前苏联,之后,英国、日本、德国等国家也迎头赶上。经过一段时间的研究,已经有很多灭火机器人用于实际的救灾现场。已有的灭火机器人一共有三代,这三代机器人是不断进步的过程,其中的区别是:第一代只能依靠人根据现实场地情况编写的程序进行控制实现简单既定的功能,不具有自发性,不能根据位置情况作出反应和处理;第二代是在第一代的技术上添加了基础的感觉功能,添加了各类精确的传感器作为机器人感知外界的工具;第三代是为机器人添加了自发性,能自行根据所遇到的情况进行分析处理,更具智能化。其中第一代和第二代灭火机器人已经应用于实际救灾当中,而第三代智能灭火机器人正处于研发当中。
灭火机器人的国内发展状况
我国由于没有赶上第三次科技革命的浪潮,所以机器人研究起步较晚,发展较为落后。在20世纪70年代,我国在工业机器人研究上飞速发展,走上了自主研发道路,并取得了一定成果。在20世纪80年代,由于改革开放和经济快速发展的巨大推动,政府愈加重视和支持机器人技术的研究与开发,投入大量的人力物力财力,组织大批专家学者对机器人技术进行定点攻关,研制出了能够实际应用的工业机器人。在20世纪90年代,我国的机器人事业进入跨越式发展,相继攻克了一些世界难题,研制出了各式各样更能强大的工业机器人,而灭火机器人就是在那时开始研究的。
灭火机器人是对多种学科和先进技术的融合,可以在较低财产损失和人员伤亡的情况下,配合消防人员高效地完成灭火救援任务。我国消防部门最早就是在1997年开始启动了对灭火机器人的研究工作。在2002年,由上海交通大学、公安部上海消防研究所和上海消防局这三家单位联合发起的灭火机器人研究项目成功完成并顺利通过国家消防部门的检查验收。在2003年,我国灭火机器人从实验室走向实际生活中,江苏省率先在消防部门配备灭火机器人起到了不错的效果。我国灭火机器人的研究从一开始的一穷二白到之后的蓬勃发展,虽然历经曲折,但是还是不断的向前发展。消防对国家人民的身命财产安全起到至关重要的作用,而灭火机器人可以帮助消防部门更好地解决消防问题,所以灭火机器人的深入研究迫在眉睫。
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