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揚州大學機械工程學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學 生 姓 名： 柳輝 學號： 100007122
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
設計（論文）題目: 滅火機器人結構與控制
指 導 老 師： 魏 孝 斌
2014 年 2 月 28 日
畢業(yè)設計（論文）開題報告
1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
一、課題的意義和目的
近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災時，不能快速高效的滅火。為了解決這一問題，盡快救助火災中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機器人研究被提到了議事日程。而機器人技術的發(fā)展也為這一要求的實現(xiàn)提供了技術上的保證，使得消防機器人應運而生。
從二十世紀八十年代開始，世界許多國家都進行了消防機器人的研究。美國和蘇聯(lián)最早進行消防機器人的研究，而后日本、英國、法國等國家都紛紛開展了消防機器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機器人用于各種火災場合。
我國從八十年代末期開始消防機器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機器人的研究中取得了大量的成果，自行式消防炮已經(jīng)投入市場，履帶輪式消防滅火偵察機器人也于 2000 年 6 月通過了國家驗收。但是，我國消防機器人的研究還處在初級階段，還有許多有待研究的問題。比如，高層建筑發(fā)生火災時，消防人員不可能在短時間內(nèi)到達高處的火災發(fā)生地點，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災時，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時極易中毒。研制能夠用于這些場合的偵察滅火機器人，協(xié)助消防人員進行火災的定位和滅火，將有極大的社會意義。
基于人工智能的不斷發(fā)展，各項高新技術的不斷成熟，在可預見的將來，消防機器人在功能上會更具多樣特點，在較多危險區(qū)域可以完全代替消防員，避免消防員生命傷亡。同時也應該看到，我國在研究消防機器人方面較國外同行已落后太多，存在技術差異和代溝，消防機器人的不斷研制、生產(chǎn)和裝備過程，應堅持自主研制為主，引進為輔，提高我國消防部隊消防裝備現(xiàn)代化的水平并及時裝備消防部隊，提高消防部隊打贏大仗、惡仗、硬仗和特殊戰(zhàn)役的能力，提高消防部隊在處置大型復雜火災和應急救援的作戰(zhàn)效能 提高消防部隊的自我防護能力減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，更好地保衛(wèi)我國經(jīng)濟發(fā)展。
二、滅火機器人的發(fā)展和趨勢
機器人技術作為20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展己取得長足的進步。
消防機器人屬于特種機器人范疇，它作為特種消防設備可以替代消防隊員接近火災現(xiàn)場實施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項火場偵察任務，尤其是在危險性大或者消防隊員不易接近的場合，消防機器人的應用將大大提高消防部門撲滅惡性火災的能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。
根據(jù)消防機器人的滅火要求，應具有的基本功能包括以下幾個方面：行駛電機的控制、消防噴槍位置的控制、現(xiàn)場信息的采集、數(shù)據(jù)處理與通信等等。消防機器人往往需要在高溫、強熱輻射、濃煙、地形復雜、障礙物多、化學腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進行火場偵察、化學危險品探測、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業(yè)。因此作為某種特定功能的消防機器人應該具備以下某項或幾項行走和自衛(wèi)功能:爬坡、登梯及障礙物跨越功能,耐溫和抗熱輻射功能,防雨淋功能,防爆、隔爆功能,防化學腐蝕功能,防電磁干擾功能,遙控功能等。
1. 國外消防機器人發(fā)展歷史
目前，工業(yè)發(fā)達國家正在加快開發(fā)具有不同功能的實用型的第二代消防機器人和第三代低級智能化消防機器人，著手研究第三代高級智能機器人。一些工業(yè)發(fā)達國家把研究開發(fā)消防機器人列入國家技術發(fā)展規(guī)劃，將它作為經(jīng)濟發(fā)展的一個重要保證手段。
日本投入應用的消防機器人最多。一類機器人以內(nèi)燃機或電動機作為動力，配置驅動輪或履帶式行駛機構，能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉；裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視設備；通過電纜或無線控制，控制距離最大為100m。另一類機器人為偵察、搶險機器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視器設備外，還裝有機械手，能通過遙控處理危險物品。
美國已研制出能依靠感覺信息控制的救災智能化機器人，亞利桑諾州消防部門研制的消防機器人，裝有破拆工具和消防水槍，能一邊破拆，一邊噴射滅火。
2．國內(nèi)消防機器人發(fā)展
我國大約有30家左右的高等院校和研究院所在從事各類機器人的研究工作，自1971年以來，已在機器人的感覺識別，操作、移動技術，人機接口技術,智能化技術等方面取得了可喜的成就。
近年來，我國消防機器人的研制工作得到了政府有關部門的支持。1995年上海市科學技術委員會批準公安部上海消防科學研究所著手研制我國第一臺消防機器人——自行式消防炮，目前該項目已通過驗收并順利進入產(chǎn)業(yè)化階段。
該消防機器人的研制成功標志著我國第一代（多功能）消防機器人正式誕生，填補了我國在消防機器人領域的空白，其技術水平達到了國際 80 年代中期的消防機器人水平。
我國研制和開發(fā)消防機器人提高了我國消防部隊消防裝備現(xiàn)代化的水平，提高了我國消防部隊在處置大型復雜火災中的作戰(zhàn)效能，提高我國消防部隊的自我防護能力，減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，但我國消防機器人在無線遙控領域與技術發(fā)達國家還存在一定差距。
當前消防機器人的發(fā)展有智能化和專業(yè)化趨勢，一方面消防機器人越來越“聰明”，不僅僅可以通過無線人工控制而且能夠根據(jù)火災現(xiàn)場的情況，在無人操控的情況下可以做出各種反應。另一方面消防機器人將更加專業(yè)化，由于火災情況的多樣性和復雜性，想只用一種消防機器人解決所有問題是不可能的，消防機器人的應用將出現(xiàn)多樣化和團隊化。比如在一幢大樓的火災中，搜索火源和幸存者的偵察機器人，負責救援的機器人以及負責滅火的機器人可以協(xié)同工作。
參考文獻
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畢業(yè)設計（論文）開題報告
2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
一、課題的來源
機器人技術的發(fā)展，它應該說是一個科學技術發(fā)展共同的一個綜合性的結果，也同時，為社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了一個重大影響的一門科學技術，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國加強了經(jīng)濟的投入，就加強了本國的經(jīng)濟的發(fā)展。 另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結果，也是人類自身發(fā)展的必然結果，那么人類的發(fā)展隨著人們這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認識自然過程中，實現(xiàn)人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。 那么什么是機器人呢？人們一般的理解來看，機器人是具有一些類似人的功能的機械電子裝置，或者叫自動化裝置，它仍然是個機器，它有三個特點，一個是有類人的功能，比如說作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動作，它還有一個特點是根據(jù)人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象，和工作的一些要求，它是人造的機器或機械電子裝置。但從完整的更為深遠的機器人定義來看，應該更強調機器人智能，所以人們又提出來機器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學習、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。那么這給機器人提出來更高層次的要求，展望 21 世紀，機器人將是一個與 20 世紀計算機的普及一樣，會深入地應用到各個領域，在 21 世紀的前 20 年是機器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個重要時期，也是智能機器人發(fā)展的一個關鍵時期。
二、課題的主要設計內(nèi)容
了解機器人的基本結構和控制原理。分析現(xiàn)有機器人控制系統(tǒng)的基本原理，掌握相關輸入輸出接口的使用方法以及主板功能的拓展。掌握相關傳感器的性能和使用方法。重新設置和配置相應的傳感器。針對機器人滅火過程中所需達到的目的，通過對可能出現(xiàn)的各種情況進行深入的分析，從而設計出較為完善的滅火機器人的結構框架和控制策略，并利用相關的工具進行裝配和調試。
三、課題的設計方案
(1) 查閱相關文獻，全面了解滅火機器人的工作原理與結構；
(2) 查閱相關文獻,選擇合適的尋跡傳感器，火焰檢測模塊，以及避障模塊；
(3) 請教相關老師選擇好驅動電機；
(4) 現(xiàn)場參觀相關機械，借鑒學習機器人的設計；
(5) 請教工廠老師父學習了解滅火風扇的設計與選擇；
(6) 進行算法設計，利用C 語言編寫控制程序。
四、課題的設計手段、工作計劃及步驟
1、采用的軟件：軟件主要用Pro-e：對所設計的滅火機器人總體結構進行實體造型
2、設計工作計劃及步驟
2014.2.18~2014.3.22：查閱相關資料，了解能力風暴智能機器人，智能滅火機械的結構、工作原理，進行資料翻譯等工作。
2014.3.23~2014.3. 31：制定控制策略方案及可行性分析，選擇相關的傳感器。
2014.4. 1~2014.4.20：針對現(xiàn)有智能機器人的結構，進行結構設計，繪制改造后的裝配圖，和重要零件的結構圖。
2014.4.21~2014.5.10：確定控制策略的具體方案，并進行傳感器和接口電路的連接。
2014.5. 11~2014.5.25：根據(jù)機器人控制策略編寫相應的控制程序，并進行整機測試。
2014.5.26~2014.6.3: 編寫設計計算說明書、使用說明書等，準備畢業(yè)設計答辯；
畢業(yè)設計（論文）開題報告
指導教師意見：
1． 對“文獻綜述”的評語：
2． 對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
指導老師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
8
機械工程學院畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯
教 科 部： 機械電子教科部
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
姓 名： 柳輝
學 號： 100007122
外 文 出 處：
（用外文寫）
附 件： 英文和翻譯
指導老師評語
簽名：
年 月 日
注：請將該封面與附件裝訂成冊。