现有消防机器人面临的问题
现阶段投入使用或正在研究的消防机器人都是基于机器人个体进行研究;研究内容涉及灭火、侦察,并逐步向破拆、救人及多种功能组合的开发工作展开;控制方式主要采用有/无线的远距离程序控制。
然而,针对各种消防事故分析之后发现,重大人员伤亡往往发生在救援人员对危险环境缺乏正确认识或对环境变化不能及时掌握了解的情况下,这就是缺乏环境危险状态信息所致。进行救援工作时,信息的缺乏使救援人员无法正确认识救援工作环境,从而导致对整体局势错误评估,带来重大人员伤亡。为了避免这种情况,必须研制出能够有力检测环境并评估环境危险状况的机器人。
对目前国内外已研制出的消防机器人进行深入细致的分析比较后发现,现在消防机器人存在的主要问题是:环境识别能力较弱,往往只能对单一指标进行判断,即使能对多个指标进行检测,也缺乏多个指标之间关系的分析,对环境的发展状况不能掌握;通用性不够,研究出的消防机器人过于专业,仅针对某一危险状况工作;单机器人工作,只能对所处位置作业,缺乏收集三维空间危险信息的能力。
消防机器的发展方向
1.多传感器的集成与融合
以运行在未知、动态环境下的多传感器系统为研究对象,相应的融合方法将成为研究热点。不确定性信息的数学处理工具将发挥重要作用,人工智能和神经网络方法也将继续成为研究热点。人工智能的研究将会在传感器选择、自动任务误差检测与恢复及世界模型等领域发挥更大作用,神经网络也会在目标识别和鲁棒多传感器系统两个领域发挥重要作用。
由于危险环境的发展变化跟起初环境、导致原因和外界条件等因素相关,而这些综合因素共同作用下形成了某一特定的危险状况和发展趋势,因此,可通过消防机器人进入危险环境的方式来识别并掌握环境危险状况和发展趋势。
2.解决危险环境下的环境识别、动态评估
l.复杂危险环境的三维识别重建
a.表征复杂危险环境的模式:利用可观测的烟雾、温度、火焰、燃烧气体、空气中危险气体浓度等参量,研究它们之间的相互作用机制,明确其中关键因素,确定表征复杂危险环境的特征参数。
b.局部复杂环境三维重建:通过研究各种可观测环境参量,确定各参量对整体环境影响的模型;通过分析多种传感器对危险环境检测结果,并利用各测量参量对环境影响的模型进行信息融合处理,构建局部复杂危险环境状态。
c.整体复杂环境三维重建:通过确定局部复杂危险环境,定性研究局部环境和整体环境的相互依存关系,建立局部、整体环境状态的定量模型;对环境中分布的各局部危险环境信息融合,建立整体环境三维模型。
d.整体复杂环境预测:根据建立的局部、整体环境三维模型,分析环境变化趋势,预测未来环境状态。
2.复杂危险环境危险程度评估方法的建立
根据表征复杂危险环境的特征参数,确立有效评估环境危险状况的理论和实验框架,提出可行的评估手段和方法。
3.多机器人协作
目前,多机器人系统尚处于理论研究阶段。对于多机器人系统体系结构与协作机制、复杂环境下多机器人相互协调配合机制、多机器人间通讯与信息传输、信息交互及冲突消除等方面将是进一步研究的方向。此外,机器人小型化、传感器技术也将成为研究热点。
结束语
消防机器人是一个综合性交叉学科研究项目,主要涉及材料、机械、控制、环境科学和安全工程五个学科。近年来,中国消防机器人的研制工作得到了政府有关部门的支持,已有越来越多的消防指战员认识到其重要性,消防机器人的市场需求正在逐步形成。可在已完成的灭火机器人、火场侦察机器人基础上逐步开展破拆、救人及多种功能组合的消防机器人开发工作;控制方式可先从有/无线远距离程序控制开始,逐步向自适应型消防机器人发展。
我们应在结合现有工业和技术基础,充分利用有关研究所、学校、企业及使用部门技术力量的同时,加强国际技术交流与商务合作,尽可能多采用成熟技术,注意配套技术(如运载底盘、监控等),确保使用消防机器人的可靠性与实用性。今后5-10年是中国消防机器人发展的大好时机,应通过全社会的共同努力,使中国消防机器人的系列、规格、技术质量及战术应用水平达到工业发达国家目前的水平。