基本信息
- 项目名称：
- 轮履两用救援灭火小车
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 轮履两用救援灭火小车，用于现场有毒、易燃、易爆、高温、高辐射等工业危险环境。 电力驱动，节能环保；轮履两用，全地形通过能力强；网络化智能控制，灭火效率高，克服了现有设备机身沉重、机动能力差、适应环境差等弱点。针对不同的灾难特点及救援要求，依托该小车底盘装备不同的设备可执行多种救援任务。
- 详细介绍：
- 继日本地震及福岛核泄漏之后，各种安全事故越来越多，如何安全且快速有效地开展各种救援工作成为社会关注的话题。但现代主要消防设备比较沉重，机动能力较差且在易爆、有毒、高温、高辐射等危险环境下的适应能力较差，对救援人员的人身安全不能提供有效的保障。虽然现有较成熟的消防及救援机器人，但多为内燃机驱动，价格昂贵、体积庞大、结构复杂、功能比较单一且控制系统的遥控范围、控制精度远远不能满足救援要求。 为了弥补当前救援设备的主要缺点，特设计了一种轮履两用救援灭火小车。在火灾时，以小车为载体带动消防炮进入火场进行灭火；在发生灾害时，小车可以充当探测工具，深入危险环境进行探测。 该小车的主体设计为消防炮、车架、行走系统、探测灭火系统和控制及保护系统五部分，并采用电力驱动。行走系统由履带行走系统、轮式行走系统和轮履转换系统组成，实现了轮履两用、相互转换，具有全地形通过能力；探测灭火系统由探测系统和消防炮驱动系统组成，用以实现对火场内部情况的探测及消防炮的相关动作，如通过温度传感器、红外成像仪等将现场情况传输给控制系统，驱动消防炮对准着火点高效灭火；控制系统实现了网络化智能控制，用手机、电脑、控制器等设备远距离无线控制各电机、制动器、离合器的运动，精确实现小车的各项运动；保护系统设有水幕保护装置，保证小车在火场的安全。针对不同的灾难特点及救援要求，依托该小车底盘装备不同的设备可执行多种救援任务。 小车结构简单、价格便宜、绿色环保、智能控制，能很好地满足消防救灾及环境探测的需要，应用前景广泛。
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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
- 目的：随着石化和核电等工业的高速发展，其防火防灾形势异常严峻。消防炮是关键的辅助消防设备，目前，对于地形复杂、高危环境的灭火，仍靠消防队员先将消防炮搬到接近火场处，再实施手工操作灭火。为了提高有毒、易爆、高温、高辐射环境下的灭火及救援效率，保障消防队员和被救人员的安全，特设计轮履两用消防小车。 基本思路：作品采用电力驱动，同内燃机模式比较，绿色环保，且成本低；有轮式和履带两套独立的行走系统，根据不同地形，可采用不同的行进方式，实现了全地形通过能力；两侧履带分别采用两台电机独立驱动，增加了小车的机动性。在控制方面采用网络化智能控制，实现了远距离无线遥控。小车装有消防炮、温度传感器、红外成像仪等设备用于危险环境的消防灭火、环境探测等，增设的水幕装置，保护小车在火场的安全。作品力求实用性更强，造价低，维护便捷。 创新点：1）小车实现轮履两用，轮履有机结合相互转换，具全地形通过能力。 2）通过红外成像仪将现场情况传输给控制系统，驱动消防炮对准着火点，进行高效灭火。 3）小车实现了网络化智能控制。 技术关键：作品的网络智能控制系统、机械传动系统的设计及其整车的技术集成。 技术指标：体积（长×宽×高）1600mm×1300mm×900mm、重量250kg、遥控距离空旷10km，复杂环境2km、牵引力1500N、转弯半径0.6m、履带行驶速度0.5m/s、轮式行驶速度5m/s、消防炮旋转角度-75°～+75°、炮筒俯仰角度15°～75°、消防炮俯仰/旋转速度可调节。
科学性、先进性
- 针对目前消防炮使用中的安全隐患，提出并设计了一种新型智能化的远程遥控、电力驱动的轮履两用救援灭火小车，完成了作品制造。在消防队进行的现场测试结果表明，在保障人员安全的前提，该小车能满足消防炮特定场合灭火的各项要求。 该作品有机地集成了机械、控制和信息等学科的相关技术,具有以下优势：远程遥控，安全性高；轮履两用，通过性强；网络化智能控制，灭火效率高；电力驱动，节能环保；结构简单，成本低。 针对不同灾难的救援要求，依托该小车的底盘，可执行多种救援任务。 参考文献 [1]丁哲勇.四轮消防灭火机器人总体设计[D].上海交通大学:上海交通大学,2005 [2]曹庆峰、李琪、王立志、仪维、秦峰.智能消防机器人的研究与开发[J].机电一体化,2008:14(9):43-46 [3]李海涛，王敏，史凌斌等．消防机器人的发展和应用前景[J]．中国公共安全（综合版），2007，(1)：161-164
获奖情况及鉴定结果
- 荣获2011年6月湖北省第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品赛特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 、图纸 磁盘 、现场演示 、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
- 在执行灭火过程中，首先为消防炮连接水带，启动小车控制系统，操纵小车到达预定地点，进行环境探测，实施智能灭火，并随时优化小车位置。在面对其它灾害时，可卸下消防炮，安装特种装备或仪器，将小车作为探测工具深入危险环境中，收集信息或进行救援。 该小车具有全地形通过能力，可快速到达指定地点实现智能救援灭火，代替消防队员的近距离操作，有效保障队员们生命安全、提高灭火效率。针对不同灾难的特点及救援要求，依托小车底盘，可装备不同的设备，执行多种救援任务。 现有较成熟的消防机器人，多为内燃机驱动，仅装备轮式或履带行走系统，体积庞大、结构复杂、价格昂贵。本作品消除了当前消防炮使用过程中的安全隐患,其轮式和履带两套行走系统能实现长距离、全地形的快速行进，其探测和网络化智能控制系统实现了远距离无线遥控定点灭火。与国内外同内作品相比，实用性强、绿色环保、用途广泛、结构简单、价格便宜、维护成本低的优势，能更好地满足消防救灾的需要，具有良好的推广价值和市场应用前景。
同类课题研究水平概述
- 如今工业建设飞快发展，消防部队面对的火灾和应急救援形势相当复杂，尤其是在高温、有毒、易燃、易爆等特定复杂环境中，为切实增强消防部队扑救大火的能力，也为更好地保护广大官兵的生命安全，开发智能化的消防机器人已势在必行。国内外相关的研发工作相当广泛深入。 美国和前苏联较早开展消防机器人研究，稍后英、法、德、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。国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段(三代)：第一代是程序控制消防机器人，第二代是具有感觉功能的消防机器人，第三代是智能化消防机器人。目前，工业发达国家正在加快开发具有不同功能的实用型的第一代、第三代（低级）消防机器人，着手研究第三代高级智能机器人。一些工业发达国家把研究开发消防机器人列入国家技术发展规划，作为经济发展的一个重要保证手段。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决了消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。 自20世纪80年代末开始，我国消防部队装备研究单位公安部上海消防科学研究所，在公安部的支持下曾多次对作为灭火消防机器人重要组成部分的远控消防炮系统及相应的研究试验技术进行了立项研究，重点解决远控消防炮系统在油码头等场合的工程应用问题，目前该成果已成功地应用于我国众多的油码头、油罐区和飞机维修库等场合，相关产品在国内占据了80%以上的市场份额，产品和工程应用技术已经比较成熟，为我国消防机器人的研究奠定了良好的基础。 现在的消防机器人多采用内燃机提供动力，仅装备轮式或履带行走系统，传动系统为液压系统，虽性能可靠，但价格昂贵、体积庞大、结构复杂。这些问题都限制了消防机器人在抗灾救险中的大规模应用。 轮履两用救援灭火小车采用电力驱动，可以实现轮式行走与履带行走两种行进方式，通过远程遥控控制小车进入火灾现场，通过摄像头探测火场内部情况，控制车载的消防炮进行准确的灭火救灾作业，从而尽可能地保证消防人员的人身安全，同时显著提高了救援灭火效率。小车结构简单、机动性强、价格便宜、绿色环保，能更好地满足消防救灾的需要，应用前景广泛。
