一种化工厂抢险救灾机器人

和壮+陈瑞+韩茳

1 研制背景与意义

近年来，化工厂泄露事故频发，造成了重大的人员伤亡和财产损失。化工生产中的三种主要事故：火灾、毒气泄露和腐蚀都可能会产生人无法靠近的环境，并且可能对环境造成永久的损坏，这时需要工作人员穿着防化服或者其他防化措施靠近现场，进行洗消和抢险作业以消除环境的危害。此时恶劣的环境和较为复杂的工况使得救灾人员在进行一系列洗消作业和抢险救灾时显得力不从心，而且救灾人员的生命安全没法得到很好的保障。

所谓抢险救灾机器人，就是当天灾人祸来临时，动用一切力量抢险救灾和保护人员生命和财产的安全。对于工况较为简单的环境，人为的进行抢险救灾无疑是最方便、最切实可行的一种方案。但是对于发生事故后的化工厂来说，恶劣的环境，例如酸性碱性腐蚀性液体气体的存在，导致人员很难进入，更别说进行一系作业，而机器人则很好的适应了这一发展的需求。

对于洗消作业，机器人可以深入最危险的区域，携带更多的洗消剂，其工作效率可以远远大于人工。并且机器人准备时间短，能迅速进入事故现场，尽可能早的投入救援或洗消。

与此同时，随着国民经济的发展，各类化工厂遍布全国。大部分化工厂都存在高温高压、有毒有害环境以及发生事故的隐患。无数的事故案例表明，我国的化工安全不容乐观。在很多的化工厂，例如氯碱厂、化肥生产厂等，经常会发生有毒有害气体泄漏的情况。针对这种情况，尚无安全的处理方案。

以2014年8月2日昆山化工分厂爆炸事故为例：那次共有遇难人员共75之人，受伤人员更是多达185人。官方给出了以下几点事故发生的原因：1.因爆炸会使得粉尘四处冲击，加上现场情况混乱，导致危险源没有被移除，二次爆炸发生数次；2.生产工艺路线过紧过密，导致人员不易进入，救援最佳时间被错过；

3.车间内所有电器设备没有按防爆要求配置，导致很多发生电气设备损坏，而且没有及时关闭供电总阀，导致大面积起火。

综上事故案例，设计一款专门用于化工厂的前线救灾洗消机器人，并使其具有平时自助巡航、全天候实时监测以及预警，在发现事故时能高效化自动作业、及时上传数据至监测端，事故发生后能代替人力有效地进入事故现场，尽可能排出隐情或是降低工况环境危险程度，更加便于抢险人员进入作业的能力，是十分必要的。

2 设计方案

该洗消机器人是一种能在化工厂使用的洗消机器人，该机器人有一定的越障能力，可以远程无线控制，携带尽可能多的洗消液，采用细水雾系统进行洗消作业，喷头的高度、朝向可以调节，洗消液流量也可以调节，同时机械臂可以进行一系列机械作业。该机器人设计上有以下特性：（1）稳定的远程无线通信；（2）符合人机工程学的控制器；（3）无线视频监控；（4）符合人机工程学的操作界面；（5）安全、稳定，有纠错能力的控制方案；（6）有防护设施的控制电路。

3 控制系统总体方案

根据设计的要求，将本机器人的控制分为两大部分：上位机控制和下位机控制。上位机控制部分包括控制器、上位机和无线通信模块，其主要作用是将控制器的信息通过上位机的读取和转换变成符合通信协议的控制字发送给下位机。同时上位机还具有无线视频通信的功能，使用网络摄像头通过wifi信号传输现场图像信息。

下位机的控制系统可以分为三部分：动力部分，机械臂部分和细水雾部分。动力部分包括2个120W的直流电机；细水雾部分包括：一个水泵、一个电磁阀、一个升降杆和一个云台电机；机械臂部分包括四个图1上位机控制原理图

直上直下的电动推杆、一个滑轨装置一个机械抓装置。其中动力部分和细水雾部分，机械臂需

要用MCU控制。其控制原理图见图1，2.