人力替代需求上升,消防機器人漸行漸近智能消防機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

投資要點:Google正大舉進入機器人、無人機等各類智能硬件產(chǎn)品;軟銀、阿里、富士康不久前合資并啟動情感機器人Pepper量產(chǎn)計劃。這些國際巨頭的戰(zhàn)略布局,讓人們意識到一個新制造、新硬件時代正悄然來臨。對于未來,我們的思考是中國是否做好了進入"新硬件時代"的準備?中國高端裝備和智能硬件的下一個需求爆發(fā)點在哪里?"未來機器"系列報告希望用前瞻性研究視角為您提供以上問題的啟發(fā)。第四篇,我們聚焦消防機器人。消防機器人屬于特種機器人范疇,具備爬坡、登梯及障礙物跨越,耐溫和抗熱輻射,防雨淋、防爆、隔爆,防化學腐蝕、防電磁干擾,遙控等行走和自衛(wèi)功能?？梢源嫦绬T在惡劣環(huán)境中進行火場偵察、化學危險品探測、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業(yè),保障消防員的安全,提升搶險救災(zāi)能近幾年火災(zāi)事件頻發(fā),天津爆炸事故更造成消防員犧牲慘烈。全民關(guān)心智能科技消防,政府出面強調(diào)推廣應(yīng)用先進的安全技術(shù)設(shè)備。從2005到2013年全國共發(fā)的天津塘沽爆炸案在116個的遇難者中更有56個消防員犧牲,科技武裝實現(xiàn)"機器換人",保障消防員安全變得迫在眉睫。8月14日國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會發(fā)布緊急通知強調(diào)大力推廣應(yīng)用先進的安全技術(shù)裝備。未來將實現(xiàn)多功能消防機器人對單一消防車的逐步替代,預(yù)估將有50億元的市場需求,實現(xiàn)百億級的救災(zāi)價值。消防機器人融合了機械工業(yè)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論和人工智能等技術(shù),它的應(yīng)用可以有效解決人工消防存在的5大問題,其發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。消防機器人的功能主要圍繞火源認定、火源位臵判定、到達火源位臵、躲避障礙物、適當停位、供能以及驅(qū)動六個技術(shù)要點實現(xiàn)?，F(xiàn)今主流應(yīng)用的是第一代程序控制的消防機器人,而第二代具有感覺功能的消防機器人以及初級第三代智能消防機器人是發(fā)達國家主要的研究方向,目前也有相應(yīng)的樣品研制成功。國外消防機器人:百花齊放,逐步向智能化人形機器人發(fā)展。目前已有很多種國內(nèi)消防機器人主要以程序控制履帶式消防車為主,智能化升級空間巨大。早在1995年我國就研制出第一臺消防滅火機器人,之后由公安部上海消防研究所、上海交通大學、上海消防局開始主要研發(fā),隨后相應(yīng)的消防機器人紛紛成立。目前國內(nèi)主要有國泰科技、火鳳凰、上海強師JMX-LT50型、海倫哲等消防機器人。未來消防機器人的發(fā)展方向是實現(xiàn)更加智能化和團隊專業(yè)化。應(yīng)當先易后難,邊研制邊推廣循序漸進。從遠距離程序控制的滅火機器人,火場偵察機器人著手;逐步發(fā)展破拆、救人以及多種功能的自適應(yīng)型消防機器人。風險提示:消防機器人量產(chǎn)應(yīng)用政策不充分。風險提示：消防機器人量產(chǎn)應(yīng)用政策不充分。11PAGE3PAGE3正文目錄一、消防安全呼吁科技武裝 4火災(zāi)事件頻發(fā),天津爆炸慘案引發(fā)消防安全深思 4消防機器人全面解析 4機器換人保障安全 4消防機器人技術(shù)實現(xiàn)要點 5消防機器人分類 6消防機器人發(fā)展歷史 6二、他山之玉:百花齊放,逐步向智能化人形機器人發(fā)展 6日本:投入應(yīng)用最多 6美國:研發(fā)多用于海軍艦隊、軍事使用 7歐洲:非仿人形機器人智能化應(yīng)用 8三、我國消防機器人起步晚,市場空間巨大 9目前仍以程序控制履帶式消防車為主智 9政策催化助力消防市場空間打開 消防機器人"智能化+專業(yè)化"發(fā)展空間巨大 11圖表目錄圖1:近幾年在一線搶火救險上傷亡的消防員 4圖2:消防機器人的應(yīng)用范圍 5圖3:消防機器人的發(fā)展歷程 6圖4:彩虹5號 7圖5:RoboCue火場救助機器人 7圖6:國泰科技消防機器人 10圖7:火鳳凰消防機器人 10圖8:海倫哲滅火機器人 10圖9:強師JMX-LT50滅火機器人 10圖10:近幾年消防部隊的出動起數(shù)和搶救的財產(chǎn)價值 11圖11:未來消防機器人編隊 12表格1:美國主要的消防機器人 8表格2:歐洲主要的消防機器人 9一、消防安全呼吁科技武裝圖1:近幾年在一線搶火救險上傷亡的消防員圖1：近幾年在一線搶火救險上傷亡的消防員資料來源：公安部消防局《中國消防年鑒》,華泰證券研究所2015年8月12日晚發(fā)生的天津東疆保稅港區(qū)瑞海國際物流有限公司所屬危險品倉庫爆炸事其中消防人員就有56人。中國石化等基礎(chǔ)工業(yè)有了飛速的發(fā)展,在生產(chǎn)過程中的易燃易爆和劇毒化學制品急劇增長,由于設(shè)備和管理方面的原因,導(dǎo)致化學危險品和放射性物質(zhì)泄漏。無獨有偶,在深圳清水河火爆炸、南京金陵石化火災(zāi)、北京東方化工廠罐區(qū)火災(zāi)等事件發(fā)生后,國內(nèi)消防部隊要求研制、配備消防機器人的呼聲越來越高。消防機器人全面解析機器換人保障安全消防部隊在災(zāi)害現(xiàn)場展開搶險救援時,如果采用人工消防必然存在以下問題:溝通障礙:偵察小組之間常用通訊繩作為聯(lián)絡(luò)手段,并且很難將偵察到的現(xiàn)場情況第一時間反饋給后方指揮員。環(huán)境有害：室內(nèi)外的災(zāi)害現(xiàn)場通常伴隨高溫、有毒、缺氧、濃煙、放射性等惡劣環(huán)境,消防員常常會遭受中毒、窒息等生命危險。意外多發(fā):消防員在大型易坍塌建筑物、大型倉庫堆垛等災(zāi)害現(xiàn)場進行偵察搶救,常常有可能被墜落下來的坍塌物砸中,發(fā)生意外傷亡事故。救援困難：消防員在配備防護裝備以后本身負荷已較重,再進行清障、開關(guān)閥門、搶救遇難人員等工作具有一定困難。搶救低效:受災(zāi)害現(xiàn)場有害環(huán)境和個人防護裝備的限制,消防員在災(zāi)害現(xiàn)場通常滯留時間小于30分鐘。鑒于以上人工消防工作的危害,消防機器人的設(shè)計可以代替消防員在惡劣環(huán)境中進行火場偵察、化學危險品探測、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業(yè),實現(xiàn)“機器換人”,大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力,對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。圖2:消防機器人的應(yīng)用范圍高層建筑地下建筑以及密閉空間。地鐵、隧道等突發(fā)事件。石油化工、危險品泄漏等高危場所的冷庫等特殊場所資料來源:華泰證券研究所消防機器人技術(shù)實現(xiàn)要點消防機器人是融合了機械工業(yè)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論和人工智能等技術(shù)的集合體。在消防功能的實現(xiàn)上,主要包含以下的技術(shù)要點:火源認定:機器人設(shè)計中應(yīng)安裝有"空氣二氧化碳含量監(jiān)測儀"、"紅外線探測器"、"光譜強度監(jiān)測儀"以及"靈敏溫度傳感器"等監(jiān)測儀器。主要分為兩類:一類是內(nèi)部傳感器,用來探測在災(zāi)害事故現(xiàn)場中消防機器人自身狀態(tài)參數(shù),反饋給中央大腦DSP,進行合理的路徑規(guī)劃,并根據(jù)災(zāi)害事故現(xiàn)場情況合理安排,使消防機器人有序開展工作。另一類是外部傳感器,用來探測災(zāi)害事故現(xiàn)場的各項數(shù)據(jù)(障礙物情況、火場溫度、輻射熱強度、有毒氣體或者可燃氣體種類和濃度和氧氣含量等）,為后方處理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)?；鹪次慌Z判定：機器人核心單片機中可以儲存所在位臵的三維立體地圖,單片機在對監(jiān)測儀收集到的信息進行處理時如發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)發(fā)生便可根據(jù)三維立體地圖大體確定火災(zāi)發(fā)生地點。到達火源位臵:在機器人中央處理芯片中預(yù)存火災(zāi)發(fā)生位臵的全景三維立體地圖,機器人在認定有火災(zāi)發(fā)生并確定大概火災(zāi)地點后可根據(jù)地圖導(dǎo)航前往火災(zāi)地點。躲避障礙物:在機器人設(shè)計中加入避障前進系統(tǒng),如"超聲波探測儀"等儀器,可利用超聲波反饋進行判定前方是否有障礙物并作出相應(yīng)對策如?繼續(xù)前進"、"拐彎"等。適當停位:機器人可根據(jù)紅外線檢測以及光譜強度判定大概溫度并分析繼續(xù)前進是否會對機器人本身造成傷害,以此確定機器人前進距離,以及是否繼續(xù)前進。供能以及驅(qū)動:機器人構(gòu)造中設(shè)有電源電路和電機驅(qū)動等電路。一般采用雙電源供電方案,機器人前進和滅火都需要電機驅(qū)動。機器人本就要求小巧輕便,所以電機要求體積小,重量輕,裝配簡單,使用方便。消防機器人分類從主要功能上可分為:滅火機器人、火場偵查機器人、危險品泄漏探測機器人、破拆機器人、救人機器人、多功能消防機器人等。從行走方式上可分為:輪式行走消防機器人、履帶式行走消防機器人、履帶輪式行走消防機器人、吸盤式行走消防機器人等。從控制方式上可分為:線控消防機器人、遙控消防機器人、自適應(yīng)消防機器人等。從感覺功能上可分為:視覺消防機器人、嗅覺消防機器人、溫感消防機器人、觸覺消防機器人等。從外形特征可分為:仿人形和非仿人形（即裝甲車形）。消防機器人發(fā)展歷史消防機器人擁有無生命損傷性、可重復(fù)使用性和人工智能性。國際上對消防機器人的研究大致經(jīng)歷過三個階段:第一階段的研究事基于遠程控制操作,該階段消防機器人被稱為程序控制型;目前,以美國為代表的工業(yè)發(fā)達國家正處于第二階段,加快開發(fā)具有不同細分功能的實用型消防機器人,以及低級智能型消防機器人,并為研制高級智能型機器人不懈努力。圖3:消防機器人的發(fā)展歷程圖3：消防機器人的發(fā)展歷程智能型功能型程序控制型資料來源:華泰證券研究所二、他山之玉:百花齊放,逐步向智能化人形機器人發(fā)展國際上較早開展消防機器人研究的是美國和前蘇聯(lián),隨后英國、日本、法國、德國等國家也紛紛開始研究該類技術(shù)。目前已有很多種不同功能的消防機器人用于救災(zāi)現(xiàn)場。日本:投入應(yīng)用最多早在80年代,日本就研制了不少于5種型號的自動行駛消防機器人,分別配備于大阪、東京、高石、太田、蒲田等消防部門。1986年,東京消防廳首次在火災(zāi)撲救中使用了"彩虹5號"滅火機器人。它以內(nèi)燃機或電動機作為動力,配臵驅(qū)動輪或履帶式行駛機構(gòu),能爬坡、越障礙;裝有較大噴射流量的消防槍炮,能作俯仰和左右回轉(zhuǎn);裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視設(shè)備;通過電纜或無線控制,控制距離最大為100m。2009年菊池制作所曾針對日本東京消防廳開發(fā)MiniRobocue。運用小型化概念并降低成本,試圖讓救援機器人能普及化。Robocue火場救助機器人由操作員遠程操作,并可通過頭燈上的監(jiān)視攝影機眼觀八方,可以毫無畏懼的沖進火勢最猛的地方,拉住受困人員的下顎或是手腳,將他們救出火場。圖4:彩虹5號圖5:RoboCue火場救助機器人資料來源：中國公共安全,華泰證券研究所資料來源：網(wǎng)絡(luò)資料,華泰證券研究所(美國國防部高級研究計劃局)每年會舉辦DRC機器人挑戰(zhàn)賽,會有各類先進的服務(wù)機器人面市。較為耳熟能詳?shù)臋C器人有:CHARLI.2作為艦船上的自主消防機器人,不僅能用于消防滅火,還能跳《江南Style》。SAFFiR艦船自主消防機器人在模擬場景下,能穿越復(fù)雜地形,借助熱成像技術(shù)識別過熱設(shè)備并使用軟管澆滅小型火災(zāi)。THOR1311U.S.SShadwell試驗艦上成功的撲滅了船上的大火。Chimp黑猩猩機器人配有六架照相機和一個激光雷達,可以為操作人員提供一個有關(guān)機器人周圍環(huán)境的360度畫面Walk-man采用了全新的架構(gòu)設(shè)計,大大減少了慣性和質(zhì)量,此外其感官系統(tǒng)異常豐富,能在不同的情況下做出相應(yīng)的反應(yīng)。表格1:美國主要的消防機器人名稱外形簡介CHARLI.2CHARLI．2具備的能力主要包括使用消防軟管、攀爬樓梯、投擲滅火器手榴彈等,而且當它在海軍艦艇的甲板或走廊上行走的時候能夠保持平衡。具備的能力主要包括使用消防軟管、攀爬樓梯、投擲滅火器手榴彈等，而且當它在海軍艦艇的甲板或走廊上行走的時候能夠保持平衡。SAFFiR129.7斤），野以及可旋轉(zhuǎn)的激光探測和測距系統(tǒng)（LIDAR），使得機器人可以在濃煙中行動自如。另外它還經(jīng)過專門設(shè)計，可以抵達指定的位臵并自行使用水管。但在目前階段這款機器人還必須依靠研制人員從計算機控制臺發(fā)送全部指令。THOR戰(zhàn)略作業(yè)機器人更接近人類肌肉活動和穩(wěn)定性,具有復(fù)雜的彈性制動聯(lián)軸裝臵,可以像人類一樣抬腿走路。更接近人類肌肉活動和穩(wěn)定性，具有復(fù)雜的彈性制動聯(lián)軸裝臵，可以像人類一樣抬腿走路。黑猩猩(Chimp）機器人黑猩猩（Chimp)機器人黑猩猩（Chimp）機器人既可以接受指令完成任務(wù),也可以在沒有人為干預(yù)的情況下進行操作。最大的優(yōu)勢在于由四肢驅(qū)動,具有極高的穩(wěn)定性,在執(zhí)行任務(wù)的情況下,摔倒的可能性非常低,適合路況不穩(wěn)定的災(zāi)區(qū)現(xiàn)場救援。既可以接受指令完成任務(wù)，也可以在沒有人為干預(yù)的情況下進行操作。最大的優(yōu)勢在于由四肢驅(qū)動，具有極高的穩(wěn)定性，在執(zhí)行任務(wù)的情況下，摔倒的可能性非常低，適合路況不穩(wěn)定的災(zāi)區(qū)現(xiàn)場救援。WALK-man定制設(shè)計了大功率馬達驅(qū)動器,單個關(guān)節(jié)處能提供幾千瓦的峰值功率；靈活多變,適合如距離測量、現(xiàn)場勘探等精細技術(shù)的救災(zāi)任務(wù)。定制設(shè)計了大功率馬達驅(qū)動器，單個關(guān)節(jié)處能提供幾千瓦的峰值功率;靈活多變，適合如距離測量、現(xiàn)場勘探等精細技術(shù)的救災(zāi)任務(wù)。定制設(shè)計了大功率馬達驅(qū)動器，單個關(guān)節(jié)處能提供幾千瓦的峰值功率；靈活多變，適合如距離測量、現(xiàn)場勘探等精細技術(shù)的救災(zāi)任務(wù)。資料來源:華泰證券研究所歐洲:非仿人形機器人智能化應(yīng)用歐洲各國主要研制森林火源偵察、破拆等方面的非仿人形機器人,目前大部分實現(xiàn)了智能化應(yīng)用。球潮蟲消防機器人可以實現(xiàn)平方英里的林地只要30個人保護。德國路虎60雪炮機器人目前實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,在國內(nèi)北京、廈門、武漢、成都等大多數(shù)大城市均有配備。Brokk50破拆機器人目前在成都、青島等消防部門都有配備。表格2:歐洲主要的消防機器人名稱外形簡介挪威蟒蛇的消防機器人能量供給方式也非常奇特--全身共安裝有20個靠水驅(qū)動的液壓傳動裝臵--由于每一個傳動裝臵的開關(guān)都由計算器進行精確控制,使得機器人能夠像蛇一樣靈活的移動。能量供給方式也非常奇特--全身共安裝有20個靠水驅(qū)動的液壓傳動裝臵--由于每一個傳動裝臵的開關(guān)都由計算器進行精確控制，使得機器人能夠像蛇一樣靈活的移動。德國OLE球潮蟲機器人外型像是球潮蟲（就是某種能把自己身體卷成球狀的昆蟲）,能夠以時速20～30公里的速度在森林里行走,具備紅外線及生物傳感器以偵測火災(zāi)的發(fā)生。遇到危險時,會卷成球狀,靠著背上的防火殼保護,即使在攝氏1300度的高溫下也不會融化,外型像是球潮蟲(就是某種能把自己身體卷成球狀的昆蟲），能夠以時速20～30公里的速度在森林里行走，具備紅外線及生物傳感器以偵測火災(zāi)的發(fā)生。遇到危險時，會卷成球狀，靠著背上的防火殼保護，即使在攝氏1300度的高溫下也不會融化，外型像是球潮蟲（就是某種能把自己身體卷成球狀的昆蟲)，能夠以時速20～30公里的速度在森林里行走，具備紅外線及生物傳感器以偵測火災(zāi)的發(fā)生。遇到危險時，會卷成球狀，靠著背上的防火殼保護，即使在攝氏1300度的高溫下也不會融化，外型像是球潮蟲（就是某種能把自己身體卷成球狀的昆蟲能夠以時速20～301300度的高溫下也不會融化，德國路虎60雪炮機器人炮組成,行駛速度0至6公里/小時,在使用軌道運載車時最于隧道火災(zāi)、石油化工、地下建筑及其他火災(zāi)事故現(xiàn)場。瑞典Brokk50破拆機器人500個小時不間斷。Brokk機器的模塊化生產(chǎn)使得機器的適用于多種工作和各種不同環(huán)境成為可能,其工作臂前端可更根據(jù)不同作業(yè)需求裝配不同的工具,如液壓沖擊器、液壓剪等。500個小時不間斷。Brokk英國消防機器人也能完成得相當出色。資料來源:華泰證券研究所三、我國消防機器人起步晚,市場空間巨大起步較晚,高校、政府、企業(yè)合力開發(fā)。我國消防機器人研究相對較晚,1995年上海市科學技術(shù)委員會批準公安部上海消防科學研究所著手研制的我國第一臺消防滅火機器人,即自行式消防炮。2002年6月,由公安部上海消防研究所、上海交通大學、上海消防局三家單位共同承擔的國家863項目"履帶式、輪式消防滅火機器人"研制成功并順利通過國家驗收。同時,消防機器人企業(yè)也紛紛成立,各式產(chǎn)品紛紛推出市場。國泰科技消防滅火機器人是山東首臺遙控履帶式消防滅火機器人,具有仰俯功能和直流噴霧轉(zhuǎn)換功能,能夠根據(jù)火場的實際火情需求調(diào)節(jié)水流的噴射形式和噴射角度。它能滿足不同火場的救火需求,適用于石油化工、大型倉庫、山林滅火和化學污染洗消行業(yè)。目前該產(chǎn)品已通過國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的技術(shù)鑒定。火鳳凰消防機器人是常州常探科技公司自主研發(fā)制造、獲得國家專利的一款新型消防機器人。它采用先進的通訊系統(tǒng),軍事級雙工數(shù)字通信,保密性強,抗干擾能力強,支持數(shù)據(jù)流實時反饋。多頻率控制可以防止多臺機器人工作在同一頻率上,互相干擾。蘇州海倫哲專用車輛有限公司與上海轱轆軒工業(yè)設(shè)計有限公司共同開發(fā)的海倫哲消防機器人,在全面實現(xiàn)各種噴灑、排煙、滅火等功能的同時,以全新造型塑造了機器人形象。性能趕上并超過進口同類產(chǎn)品,而價格則遠低于我國進口同類產(chǎn)品,可取代進口產(chǎn)品。上海強師裝備有限公司生產(chǎn)的JMX-LT50型消防滅火機器人是目前國內(nèi)應(yīng)用較廣的。值30余萬元,具有爬坡能力強、操作簡單等許多先