“消防战士”基于多传感器识别的家庭消防守护者

随着我国建筑产业的不断发展，城乡高层建筑已不计其数，伴随而来的问题也日益增多，人民较为关注的便是火灾。高层建筑火灾蔓延迅速，及时灭火显得尤为重要。在国家“双碳”、“工业4.0”、“中国制造2025”的时代背景下，为进一步贯彻国家发展制造业的战略目标，更好地满足人们对美好生活的需求，降低火灾带来的损失，“消防战士”基于多传感器识别的家庭消防守护者应运而生。本项目应用火焰传感器火焰自识别原理，以构建人机交互，智能守护家庭消防安全为思路，探究了针对家庭消防安全的智能家居“基于多传感器识别的家庭灭火机器人”的设计与功能实现，解决了在火灾初期阶段人力难以发现造成生命财产损失的难题。

图1 “消防战士”基于多传感器识别的家庭消防守护者作品图（1）

图2 “消防战士”基于多传感器识别的家庭消防守护者作品图（2）

本团队充分调研了目前市场家用智能消防设备的现状，发现在家庭消防安全领域的智能家居少之又少，在现有技术基础上，设计了“消防战士”基于多传感器识别的家庭消防守护者，填补家用智能消防设备领域的市场空白，将机械结构与控制部分巧妙结能消防机器人。

机械结构方面，机器人主要由底盘、驱动系统、灭火机构三部分组成。其中：底盘设计采用当下电动汽车主流设计方案，底部采用全托护板，并采用镂空结构进行轻量化设计，采用铝合金型材作为主框架，有较好的防碰撞能力；驱动系统使用4个主动轮、8个从动轮配合履带驱动，两侧履带上安装有弹簧减震，有效保护机器人底盘；灭火机构分为灭火升降机构和顶部灭火机构，灭火升降机构利用平行四边形变形原理，使用电动推杆作为动力源，电动推杆最大推力可达1000N；顶部灭火机构，使用双舵机控制，可实现180°自由旋转，且配有无线摄像头，实现火源监测，满足复杂灭火环境需要。

图3 “消防战士”基于多传感器识别的家庭消防守护者结构图

控制方面，主要包括火焰传感器、温度传感器、烟雾传感器、通信模块、物联网模块、GPS定位模块、中央处理模块等。中央处理模块是整个控制系统的核心，用来分析处理数据，控制各执行器运行；火焰传感器识别火焰；温度传感器检测周围环境温度；烟雾传感器检测现场烟雾浓度，辅助判断火情；通信模块处理机器与各房间检测模块的通信；物联网模块用于向主人及有关部门发送火情状况与处理进度；GPS模块用于位置确定。多传感器配合检测，可使机器快速确定着火点，提高灭火效率与精度，当现场火情不可控时，机器会迅速向紧急联系人发送信息，并协助报至消防中心。

在制作过程中，我们主要采用了铝型材、耐火耐高温材料、碳化硅砖等材料，利用激光雕刻等技术制作一些关键、个性化零部件，增加了机器的可靠性与美观性。

经过两个多月的修改与制作，团队制作出了物理样机。通过调试和改进，实现了预期功能，验证了系统的可靠性和实用性。
作品主要性能参数如下：

表1 “消防战士”基于多传感器识别的家庭消防守护者主要性能参数