会飞的灭火机器人,全球首创

新产品 · 新服务 2018年06月04日

日本东北大学的田所谕教授与八户工业高等专科学校、国际救援系统研究机构等组成的研发小组,成功开发出了全球首款飞行式消防机器人的原型机。这款名为“Dragon Fire Fighter”的机器人能通过喷水时的反作用力悬浮在空中,可进入建筑物内部直接消灭火源。通过控制与消防水带相连的多个喷嘴,不仅能稳定地悬浮在空中,还可选择飞行方向进入火场,直接向火源喷水。

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研究成果

飞行式机器人消防水带“Dragon Fire Fighter”的示意图参见图1。为了便于进入建筑物内部,采用了柔软且细长形的消防水带,与消防车相连。水带内部是高压水流,水带上配置了多个喷嘴模块,从喷嘴模块中高速向外喷水。消防水带可以通过喷水时的反作用力浮在空中并选择前进方向。同时,喷出的水不仅可以灭火,也可冷却周边环境以保护水带自身。如果配备多个喷嘴模块,即使是较长的水带也能浮在空中。通常消防员难以进入的高层建筑物的高层发生火灾时,就可以使用这种机器人从窗户直接进入建筑物内部(图1)。

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图1

研发小组开发了飞行式消防水带的原型机“Dragon Fire Fighter一号机”,全球首次实现了稳定悬浮和方向控制(图2)。开发的机器人长约3m,配备2个喷嘴模块。另外,顶端还配备了用来确认情况的摄像头和热成像仪。研发小组对通过喷水控制消防水带的原理进行验证后确认,固定住根部时,水带能升至与根部大约相同的高度,而且顶端可以左右移动约1.5m,从而能瞄准火源进行灭火。

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图2

图3中的墙壁模拟了建筑物的墙壁,上部设置了窗户。机器人的根部固定在推车上,可以前后移动。通过实验证实,机器人可以边改变方向边通过窗户进入建筑物内部,用了约1分钟就扑灭了圆桶内的火焰。

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图3

开发技术

要想使消防水带稳定悬浮在空中并控制方向,必须根据水带的空中姿态来控制喷射的方向和力度。例如,如果顶端的喷水方向相对水带固定,水带就会随着喷射力的增大而失去控制。如果使一定强度的力的方向左右变化,水带顶端便可以左右移动。为了提高振动抑制效果,贴着消防水带拉设了绳索(图4)。绳索在水带根部经由滑轮折返,绳索的两端固定在水带顶端。滑轮会随着水带主体的形状变化而转动,滑轮转动时,会根据其速度产生相应的阻力,由此来抑制水带的振动。

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图4

要想使机器人稳定悬浮在空中,就必须开发能获得充足的喷射推力,同时还能控制力度大小和方向的喷嘴模块。不过,调整喷射量的电磁阀比较重,配备在喷嘴上并不现实。因此,研发小组新开发了能通过微小的流路阻力改变喷嘴喷射方向的轻量、灵活的喷嘴。通过组合使用多个可以改变喷射方向的喷嘴,就能控制通过喷嘴模块获得的合力的大小和方向(图5)。

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图5

文 客观日本编辑部

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