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揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 柳輝 學(xué)號(hào)： 100007122 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)（論文）題目: 滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)與控制 指 導(dǎo) 老 師： 魏 孝 斌 2014 年 2 月 28 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 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(zāi)時(shí)，不能快速高效的滅火。為了解決這一問題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機(jī)器人研究被提到了議事日程。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也為這一要求的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得消防機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。 從二十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國家都進(jìn)行了消防機(jī)器人的研究。美國和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)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(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場合。 我國從八十年代末期開始消防機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機(jī)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(jī)器人也于 2000 年 6 月通過了國家驗(yàn)收。但是，我國消防機(jī)器人的研究還處在初級(jí)階段，還有許多有待研究的問題。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)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(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時(shí)極易中毒。研制能夠用于這些場合的偵察滅火機(jī)器人，協(xié)助消防人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會(huì)意義。 基于人工智能的不斷發(fā)展，各項(xiàng)高新技術(shù)的不斷成熟，在可預(yù)見的將來，消防機(jī)器人在功能上會(huì)更具多樣特點(diǎn)，在較多危險(xiǎn)區(qū)域可以完全代替消防員，避免消防員生命傷亡。同時(shí)也應(yīng)該看到，我國在研究消防機(jī)器人方面較國外同行已落后太多，存在技術(shù)差異和代溝，消防機(jī)器人的不斷研制、生產(chǎn)和裝備過程，應(yīng)堅(jiān)持自主研制為主，引進(jìn)為輔，提高我國消防部隊(duì)消防裝備現(xiàn)代化的水平并及時(shí)裝備消防部隊(duì)，提高消防部隊(duì)打贏大仗、惡仗、硬仗和特殊戰(zhàn)役的能力，提高消防部隊(duì)在處置大型復(fù)雜火災(zāi)和應(yīng)急救援的作戰(zhàn)效能 提高消防部隊(duì)的自我防護(hù)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(jì)發(fā)展。 二、滅火機(jī)器人的發(fā)展和趨勢 機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)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(jìn)步。 消防機(jī)器人屬于特種機(jī)器人范疇，它作為特種消防設(shè)備可以替代消防隊(duì)員接近火災(zāi)現(xiàn)場實(shí)施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項(xiàng)火場偵察任務(wù)，尤其是在危險(xiǎn)性大或者消防隊(duì)員不易接近的場合，消防機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對(duì)減少國家財(cái)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(jī)器人的滅火要求，應(yīng)具有的基本功能包括以下幾個(gè)方面：行駛電機(jī)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(jī)器人往往需要在高溫、強(qiáng)熱輻射、濃煙、地形復(fù)雜、障礙物多、化學(xué)腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進(jìn)行火場偵察、化學(xué)危險(xiǎn)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(jī)器人應(yīng)該具備以下某項(xiàng)或幾項(xiàng)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(xué)腐蝕功能,防電磁干擾功能,遙控功能等。 1. 國外消防機(jī)器人發(fā)展歷史 目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家正在加快開發(fā)具有不同功能的實(shí)用型的第二代消防機(jī)器人和第三代低級(jí)智能化消防機(jī)器人，著手研究第三代高級(jí)智能機(jī)器人。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家把研究開發(fā)消防機(jī)器人列入國家技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，將它作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要保證手段。 日本投入應(yīng)用的消防機(jī)器人最多。一類機(jī)器人以內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，配置驅(qū)動(dòng)輪或履帶式行駛機(jī)構(gòu)，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(zhuǎn)；裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視設(shè)備；通過電纜或無線控制，控制距離最大為100m。另一類機(jī)器人為偵察、搶險(xiǎn)機(jī)器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視器設(shè)備外，還裝有機(jī)械手，能通過遙控處理危險(xiǎn)物品。 美國已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機(jī)器人，亞利桑諾州消防部門研制的消防機(jī)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(jī)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(jī)器人的研究工作，自1971年以來，已在機(jī)器人的感覺識(shí)別，操作、移動(dòng)技術(shù)，人機(jī)接口技術(shù),智能化技術(shù)等方面取得了可喜的成就。 近年來，我國消防機(jī)器人的研制工作得到了政府有關(guān)部門的支持。1995年上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)公安部上海消防科學(xué)研究所著手研制我國第一臺(tái)消防機(jī)器人——自行式消防炮，目前該項(xiàng)目已通過驗(yàn)收并順利進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。 該消防機(jī)器人的研制成功標(biāo)志著我國第一代（多功能）消防機(jī)器人正式誕生，填補(bǔ)了我國在消防機(jī)器人領(lǐng)域的空白，其技術(shù)水平達(dá)到了國際 80 年代中期的消防機(jī)器人水平。 我國研制和開發(fā)消防機(jī)器人提高了我國消防部隊(duì)消防裝備現(xiàn)代化的水平，提高了我國消防部隊(duì)在處置大型復(fù)雜火災(zāi)中的作戰(zhàn)效能，提高我國消防部隊(duì)的自我防護(hù)能力，減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，但我國消防機(jī)器人在無線遙控領(lǐng)域與技術(shù)發(fā)達(dá)國家還存在一定差距。 當(dāng)前消防機(jī)器人的發(fā)展有智能化和專業(yè)化趨勢，一方面消防機(jī)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(zāi)現(xiàn)場的情況，在無人操控的情況下可以做出各種反應(yīng)。另一方面消防機(jī)器人將更加專業(yè)化，由于火災(zāi)情況的多樣性和復(fù)雜性，想只用一種消防機(jī)器人解決所有問題是不可能的，消防機(jī)器人的應(yīng)用將出現(xiàn)多樣化和團(tuán)隊(duì)化。比如在一幢大樓的火災(zāi)中，搜索火源和幸存者的偵察機(jī)器人，負(fù)責(zé)救援的機(jī)器人以及負(fù)責(zé)滅火的機(jī)器人可以協(xié)同工作。 參考文獻(xiàn) [1] 蔣新松.機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化 . 石家莊：河北教育出版社，2003 [2] 王耀南.機(jī)器人智能控制工程（M）. 北京：科學(xué)出版社，2004 [3] 倪星元，等.傳感器敏感功能材料及應(yīng)用（M），北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [4]雨宮好文.傳感器入門（M）. 北京：科學(xué)出版社，2000 [5] 許大中等。機(jī)電控制（M）.杭州：浙江大學(xué)出版社，2002 [6] 黃玉清 梁靚 張玲霞 李想，機(jī)器人的差分方向控制與實(shí)現(xiàn)（J），信息與電子工程，2004-9,2（3）。 [7] 余國衛(wèi) 譚延軍，基于AT89S52 單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（J），微處理機(jī)，2006-10，5 [8] 鄧江，基于AT89S52的車用抬頭顯示系統(tǒng)研究（D），成都：電子科技大學(xué) [9] 黃玉清 張江美等.模糊控制在移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用（J）：西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004-3，19（1）. 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[16] Ahmed Elsham li,Hussein Abdullah.Shaky Arabic Genetic algorithm for dynamic path planning(J).Electrical and computer Engineering 2004.Canadian Conference on Volume2,2-5 May 2004.0667-0680. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)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(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，也同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)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(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類的發(fā)展隨著人們這種社會(huì)發(fā)展的情況，人們?cè)絹碓讲粩嗵接懽匀贿^程中，在改造自然過程中，認(rèn)識(shí)自然過程中，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過程中的一個(gè)客觀需要。 那么什么是機(jī)器人呢？人們一般的理解來看，機(jī)器人是具有一些類似人的功能的機(jī)械電子裝置，或者叫自動(dòng)化裝置，它仍然是個(gè)機(jī)器，它有三個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)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(dòng)作，它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)的工作，這里一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作、工作的對(duì)象，和工作的一些要求，它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。但從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對(duì)外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。那么這給機(jī)器人提出來更高層次的要求，展望 21 世紀(jì)，機(jī)器人將是一個(gè)與 20 世紀(jì)計(jì)算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在 21 世紀(jì)的前 20 年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。 二、課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 了解機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和控制原理。分析現(xiàn)有機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本原理，掌握相關(guān)輸入輸出接口的使用方法以及主板功能的拓展。掌握相關(guān)傳感器的性能和使用方法。重新設(shè)置和配置相應(yīng)的傳感器。針對(duì)機(jī)器人滅火過程中所需達(dá)到的目的，通過對(duì)可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行深入的分析，從而設(shè)計(jì)出較為完善的滅火機(jī)器人的結(jié)構(gòu)框架和控制策略，并利用相關(guān)的工具進(jìn)行裝配和調(diào)試。 三、課題的設(shè)計(jì)方案 (1) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，全面了解滅火機(jī)器人的工作原理與結(jié)構(gòu)； (2) 查閱相關(guān)文獻(xiàn),選擇合適的尋跡傳感器，火焰檢測模塊，以及避障模塊； (3) 請(qǐng)教相關(guān)老師選擇好驅(qū)動(dòng)電機(jī)； (4) 現(xiàn)場參觀相關(guān)機(jī)械，借鑒學(xué)習(xí)機(jī)器人的設(shè)計(jì)； (5) 請(qǐng)教工廠老師父學(xué)習(xí)了解滅火風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與選擇； (6) 進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，利用C 語言編寫控制程序。 四、課題的設(shè)計(jì)手段、工作計(jì)劃及步驟 1、采用的軟件：軟件主要用Pro-e：對(duì)所設(shè)計(jì)的滅火機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體造型 2、設(shè)計(jì)工作計(jì)劃及步驟 2014.2.18~2014.3.22：查閱相關(guān)資料，了解能力風(fēng)暴智能機(jī)器人，智能滅火機(jī)械的結(jié)構(gòu)、工作原理，進(jìn)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(guān)的傳感器。 2014.4. 1~2014.4.20：針對(duì)現(xiàn)有智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制改造后的裝配圖，和重要零件的結(jié)構(gòu)圖。 2014.4.21~2014.5.10：確定控制策略的具體方案，并進(jìn)行傳感器和接口電路的連接。 2014.5. 11~2014.5.25：根據(jù)機(jī)器人控制策略編寫相應(yīng)的控制程序，并進(jìn)行整機(jī)測試。 2014.5.26~2014.6.3: 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、使用說明書等，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 指導(dǎo)教師意見： 1． 對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語： 2． 對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測： 指導(dǎo)老師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 8 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯 教 科 部： 機(jī)械電子教科部 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 柳輝 學(xué) 號(hào)： 100007122 外 文 出 處： （用外文寫） 附 件： 英文和翻譯 指導(dǎo)老師評(píng)語 簽名： 年 月 日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。