复杂地下环境中挂轨式智能灭火机器人喷头射流轨迹研究

摘要

在复杂地下环境中，由于空间狭小、通风条件差、障碍物众多以及烟雾弥漫等不利因素，喷头射流轨迹的设定若不合理，将导致灭火介质无法准确覆盖火源，从而严重影响灭火效率与安全性。为此，提出复杂地下环境中挂轨式智能灭火机器人喷头射流轨迹研究。基于所设计的智能灭火机器人喷头结构，综合考虑空气阻力、重力、风力等多因素影响，构建了射流轨迹的三维运动微分方程；采用数值分析方法——龙格库塔法对该非线性微分方程组进行求解，以实现对射流轨迹的精确预测，从而辅助灭火机器人智能、精准地定位火源位置。实验结果表明，在20°～50°俯仰角范围内，射流轨迹近似直线；当俯仰角增大至70°～90°时，轨迹受重力与阻力影响显著，转变为明显的抛物线形态。同时，随着风速从1 m/s增加至15 m/s,射流轨迹由基本直线状态逐渐发生显著横向漂移，弯曲程度加剧。为挂轨式智能灭火机器人的喷头控制与轨迹规划提供了理论依据与方法支持，有助于实现高效、智能的灭火目标。

关键词

复杂地下环境 / 挂轨式智能灭火机器人 / 喷头设计 / 龙格库塔法 / 射流轨迹分析方法 / 受力分析