智能消防机器人研究与设计.pdf

摘要

摘要

202311074.5

年月至月期间，全国范围内共记录到万起火灾事件，导致

1381不幸丧生，另有2063人受到不同程度的伤害，造成了直接财产损失61.5亿

元。其中建构筑物火灾31万起，占火灾总数的41.6%。为最大限度减少人民生

命财产损失，急需开发设计一款能够完成巡查、灭火、排烟、火情实时传输和救

援工作的智能消防机器人，在消防救援的同时，帮助消防人员了解事故现场情

况，及时采取合理的消防救援策略。

针对室内环境特点，设计了一种可自主导航灭火的智能消防机器人，设计了

消防机器人整体结构，搭建了控制系统，对自主导航和火焰识别算法进行了深入

研究。具体内容以下：

对消防机器人设计要求进行了分析，完成了消防机器人的功能设计和工作流

程设计。完成了消防机器人机械结构的设计，采用Fusion建模软件完成了整体

建模，分析了现有消防机器人常用底盘结构的优缺点，采用履带式差分底盘，完

成了履带底盘的参数设计，使用动力学软件RecurDyn对模型进行了仿真实验，

验证了底盘参数设计的合理性。

确定了消防机器人控制系统硬件设计方案和软件设计方案。完成了消防机器

人硬件设备的选型，确定了各个硬件设备之间的连接关系。针对消防机器人所要

具备的软件功能，完成了消防机器人软件系统节点设计和交互系统设计。

完成了机器人导航定位研究，分析确定了适用于室内环境的Cartographer算

DijkstraA*A*

法，分析了全局路径规划中的算法、算法和改进算法，并在

PyCharm平台中进行了仿真实验，验证了改进之后的A*算法各项性能指标均优

于其他算法，证明了改进措施的有效性。研究了DWA算法在局部路径规划中的

应用原理和工作流程，并在包含障碍物的场景下使用PyCharm平台进行了仿真

实验，证明了DWA算法拥有较好地避障能力。

完成了火焰识别算法研究，分析了消防机器人火焰识别中YOLOv5s算法的

整体网络结构，并使用ConvNeXtV2模块、CBAM模块和C3-DBB模块对原有

的YOLOv5s网络进行改进，通过PyCharm平台对改进后的算法进行仿真，验证

了改进后的算法可以准确地识别出陌生火焰图像中的火焰目标，具有较高的准确

性和鲁棒性，最后使用PyQt设计了一个用户界面，用于用户输入和交互。

I

盐城工学院硕士学位论文

开发了消防机器人实验样机，在模拟环形走廊和室内空间环境中对消防机器

人SLAM建图、路径规划和火焰识别方法进行实验，实验结果表明在不同环境

下内消防机器人均可准确完成火焰识别、SLAM建图和路径规划，实现自主导

航，验证了本文所设计控制系统和算法的有效性和实用性。

关键词：消防机器人，履带底盘设计，SLAM，路径规划，火焰识别

II

Abstract

Abstract

FromJanuarytoOctober2023,therewere745,000recordedfireincidentsacross

thecountry,resultingin1,381fatalities,2,063injuries,and6.15billionindirect

propertydamage.Oftheseincidents,310,000occurredinbuildingsandstructures,

accountingfor41.6%ofthetotalnumberoffi