多功能救援機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

摘 要： 本文從多功能救援的角度分析了當(dāng)前的救援機(jī)器人功能、外觀、操作方式、使用環(huán)境等因素，歸納出多功能救援機(jī)器人新的設(shè)計(jì)方案。功能上以人機(jī)工程學(xué)的理論為依據(jù)對(duì)救援機(jī)器人各部分進(jìn)行合理的組織，履帶采用收縮結(jié)構(gòu)加大越野性能，便于傷員的運(yùn)輸，同時(shí)把救援擔(dān)架和簡(jiǎn)易手術(shù)臺(tái)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)；色彩上采用白色為主體色，黃色為輔助色，起到救援警示作用；動(dòng)力上以燃油為主動(dòng)力系統(tǒng)，太陽(yáng)能電板為輔助動(dòng)力系統(tǒng)。通過上述具體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人救援的多功能化，解決了傷員的運(yùn)輸和急救。最終實(shí)現(xiàn)多功能救援機(jī)器人功能與外觀的和諧統(tǒng)一，滿足災(zāi)后救援的多方位需求。

關(guān) 鍵 詞：多功能 救援機(jī)器人 人機(jī)工程 外觀

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球每天約有800多起大大小小的災(zāi)難，而幾乎大部分的救援場(chǎng)合人類很難第一時(shí)間進(jìn)入災(zāi)難發(fā)生地。統(tǒng)計(jì)顯示，全球在近一百年地震死亡人數(shù)超過110萬，而由于救援場(chǎng)合的復(fù)雜，人類不能及時(shí)進(jìn)入救援，導(dǎo)致近三成的人被困死在災(zāi)難發(fā)生區(qū)。目前，我國(guó)地震，泥石流等發(fā)生頻繁，許多人在災(zāi)難發(fā)生后得不到及時(shí)救援而喪失生命。更可怕的是，救援人員在地震發(fā)生后對(duì)受害者實(shí)施救援時(shí)，房屋的倒塌會(huì)威脅救援人員的生命。據(jù)聯(lián)合國(guó)國(guó)際救援組織統(tǒng)計(jì)，70%的人生命在災(zāi)難發(fā)生時(shí)候直接喪失，而30%的人是由于救援的不及時(shí)和救援場(chǎng)合的復(fù)雜，耽誤最佳救援時(shí)間。通過上述的數(shù)據(jù)可以得知，地震，泥石流，海嘯等災(zāi)難對(duì)人類產(chǎn)生巨大的危害。而在現(xiàn)代高科技技術(shù)不斷發(fā)展的今天，多功能救援機(jī)器人的開發(fā)為我們的災(zāi)后救援搭建了平臺(tái)，符合人們的生活需求，它作為一款新型的產(chǎn)品在救援中得到了廣泛的應(yīng)用，然而傳統(tǒng)的救援機(jī)器人造型存在各種各樣的缺點(diǎn)和隱患，比如體積龐大、沉重、色彩單一等等，因此本課題正是針對(duì)這些問題而提出并進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

一、救援機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

目前機(jī)器人災(zāi)難救援還有很大的發(fā)展空間，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家由于科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)先，救援機(jī)器人技術(shù)發(fā)展比較迅速。救援機(jī)器人的智能化與自動(dòng)化、擬人化、邏輯分析能力將是未來救援機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

1.智能化與自動(dòng)化

智能救援機(jī)器人，既然已經(jīng)被賦予“人”的特殊稱義，那當(dāng)然需要有比較完美的語(yǔ)言功能，這樣就能與人類進(jìn)行一定的，甚至完美的語(yǔ)言交流，所以機(jī)器人語(yǔ)言功能的完善是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于未來智能機(jī)器人的語(yǔ)言交流功能會(huì)越來越完美化，是一個(gè)必然性趨勢(shì)，在人類的完美設(shè)計(jì)程序下，它們能輕松地掌握多個(gè)國(guó)家的語(yǔ)言，遠(yuǎn)高于人類的學(xué)習(xí)能力。另外，機(jī)器人還能進(jìn)行自我的語(yǔ)言詞匯重組能力，就是當(dāng)人類與之交流時(shí)，若遇到語(yǔ)言包程序中沒有的語(yǔ)句或詞匯時(shí)，可以自動(dòng)地用相關(guān)的或相近意思詞組，按句子的結(jié)構(gòu)重組成一句新句子來回答，這也相當(dāng)于類似人類的學(xué)習(xí)能力和邏輯能力，是一種意識(shí)化的表現(xiàn)。

2.擬人化

科學(xué)家們研制越來越高級(jí)的智能救援機(jī)器人，是主要以人類自身形體為參照對(duì)象的。自然先需有一個(gè)很仿真的人型外表是首要前提，在這一方面日本應(yīng)該是相對(duì)領(lǐng)先的，國(guó)內(nèi)也是非常優(yōu)秀的。當(dāng)幾近完美的人造皮膚，人造頭發(fā)，人造五管等恰到好處地遮蓋于金屬內(nèi)在的機(jī)器人身上時(shí)，站在那里還配以人類的完美化正統(tǒng)手勢(shì)。這樣從遠(yuǎn)處乍一看，你還真的會(huì)誤以為是一個(gè)大活人。當(dāng)走近時(shí)，細(xì)看才發(fā)現(xiàn)原來只是個(gè)機(jī)器人，對(duì)于未來機(jī)器人，仿真程度很有可能達(dá)到即使你近在咫尺細(xì)看它的外在，你也只會(huì)把它當(dāng)成人類，很難分辯是機(jī)器人，這種狀況就如美國(guó)科幻大片《終結(jié)者》中的機(jī)器人物造型具有極至完美的人類外表。

3.邏輯分析能力

對(duì)于智能救援機(jī)器人為了完美化模仿人類，未來科學(xué)家會(huì)不斷地賦予它許多邏輯分析程序功能，這也相當(dāng)于是智能的表現(xiàn)。如自行重組相應(yīng)詞匯成新的句子是邏輯能力的完美表現(xiàn)形式，還有若自身能量不足，可以自行充電，而不需要主人幫助，那是一種意識(shí)表現(xiàn)?？傊壿嫹治鲇兄藱C(jī)器人自身完成許多工作，在不需要人類幫助的同時(shí)，還可以盡量地幫助人類完成一些任務(wù)，甚至是比較復(fù)雜化的任務(wù)。在一定層面上講，機(jī)器人有較強(qiáng)的邏輯分析能力，是利大于弊的。

二、救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)構(gòu)想

1.外觀設(shè)計(jì)上分析

市場(chǎng)上的救援機(jī)器人造型是傳統(tǒng)的方方正正的，像一個(gè)盒子一樣，看上去很麻木，很沉重壓抑，只是簡(jiǎn)單地將技術(shù)、材料加在一起的美化設(shè)計(jì)，另一個(gè)方面，就是廠家還是為了利潤(rùn)，沒有考慮到的人的使用方式，本來救援機(jī)器人與救援擔(dān)架是一個(gè)整體，他們卻分開設(shè)計(jì)，這樣不能幫助傷員的急救，也造成了傷員運(yùn)輸?shù)睦щy。其實(shí)在災(zāi)難發(fā)生后，即使傷員被救出災(zāi)難發(fā)生地，必須要送到安全的地點(diǎn)才能避免第二次傷害。重點(diǎn)應(yīng)放在時(shí)尚感、科技感及人性化等方面，況且這些也是與時(shí)代特征和科技以人為本相一致的。

2.使用方式上的分析

多功能救援機(jī)器人是由三部分組成的即履帶，主機(jī)身，智能攝像頭。而救援機(jī)器人和救援擔(dān)架在實(shí)際生產(chǎn)工藝水平上是可以組合在一起的，但是，市場(chǎng)上卻很少見，原因在于沒有真正的考慮到人的使用方式，特別是在傷員的運(yùn)輸，手術(shù)等問題，還是延續(xù)著分散的設(shè)計(jì)格局，看上去很不和諧，不僅價(jià)格昂貴，額外的會(huì)增加成本，更重要的是浪費(fèi)了資源。

3.顯示布局上的分析

從現(xiàn)有的救援機(jī)器人顯示布局上來看，存在著尺寸大小不合適、布局混亂、操作復(fù)雜、界面色彩比較單一等問題。現(xiàn)代多功能救援機(jī)器人利用智能屏幕作為顯示設(shè)備已成趨勢(shì)，顯示布局要設(shè)計(jì)的更為合理性。真正的實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。

4.色彩上的分析

在國(guó)內(nèi)的機(jī)型當(dāng)中，色彩上的搭配，無非就是三種顏色，黑，白，灰，可謂是色彩單一。救援機(jī)器人屬于救援產(chǎn)品，在顏色上杜絕花花綠綠，應(yīng)該在簡(jiǎn)單的色彩搭配中不失前衛(wèi)，科技。

5.材料上使用分析

市場(chǎng)上的救援機(jī)器人在此方面很少考慮不同材料所具有的特有魅力。實(shí)際上對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行不同材料的使用是設(shè)計(jì)成功的一條非常有效的以及節(jié)約成本的手段之一。像蘋果電腦，相同的品牌、技術(shù)、類似的造型元素，僅僅以半透明的材料為機(jī)殼，就創(chuàng)造了世紀(jì)末的一個(gè)神話，形成一種潮流。因此，作為全新多功能救援機(jī)器人設(shè)計(jì)在創(chuàng)新方面所應(yīng)考慮的也就很多了，而材料方面也是絕不可以忽視的因素。

多功能救援機(jī)器人在設(shè)計(jì)上更注重人性化設(shè)計(jì)，符合人機(jī)工程學(xué)，以適應(yīng)救援的需求。外觀上簡(jiǎn)潔、美觀，在視覺、心理上都給人易用感覺，從而在使用方式上讓救援機(jī)器人成為救援最佳的選擇。

多功能救援機(jī)器人設(shè)計(jì)的原則主要圍繞救援展開。在災(zāi)難發(fā)生的地區(qū)一定有許多傷員等待救援和運(yùn)輸。一般的救援機(jī)器人只是局限于對(duì)傷員的發(fā)現(xiàn)，多功能救援機(jī)器人結(jié)合了救援擔(dān)架和簡(jiǎn)易手術(shù)臺(tái)的功能。同時(shí)，履帶進(jìn)行了進(jìn)一步的改良設(shè)計(jì)，采用四個(gè)履帶作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而中間的兩個(gè)履帶可以達(dá)到伸縮的效果。大大提高了多功能救援機(jī)器人的越野性能。

三、多功能救援機(jī)器人設(shè)計(jì)思路展開

據(jù)設(shè)計(jì)定位向產(chǎn)品本身的功能擴(kuò)展，多功能救援機(jī)器人具有發(fā)現(xiàn)傷員位置、運(yùn)輸傷員、臨時(shí)手術(shù)臺(tái)、運(yùn)送急救藥品等功能。新的多功能救援機(jī)器人設(shè)計(jì)特別是在使用方式上，應(yīng)該考慮多方面的，如收納的問題，傳統(tǒng)的救援機(jī)器人和救援擔(dān)架是分開設(shè)計(jì)的，而我的設(shè)計(jì)是把救援機(jī)器人和救援擔(dān)架在有機(jī)的形態(tài)中融合在了一起，如圖一所示，把分散的格局進(jìn)行了整合，增加了和諧的因素，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多能的作用，這樣救援擔(dān)架可以方便拆卸，又便于清潔處理，又可以獨(dú)立使用，可靠又安全，便于復(fù)雜災(zāi)區(qū)的救援，更重要的是體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。救援擔(dān)架可以在機(jī)器人旋一百八十度旋轉(zhuǎn)后，作為一個(gè)簡(jiǎn)易擔(dān)架。并且在履帶的中間部位放置了救援藥箱，便于災(zāi)后急救。

同時(shí)，在整個(gè)機(jī)器人的上部分的機(jī)艙外面采用了太陽(yáng)能電板，這樣可以節(jié)約能源的使用，避免在突發(fā)救援場(chǎng)所出現(xiàn)機(jī)器人沒有動(dòng)能不能工作的狀態(tài)。太陽(yáng)能電板不是機(jī)器人工作時(shí)候的主要?jiǎng)恿?，是一種輔助作用。如圖2所示，體現(xiàn)了救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路。在機(jī)器人正常工作的時(shí)候，太陽(yáng)能電板就開始儲(chǔ)蓄電能，是一種應(yīng)急狀態(tài)下的設(shè)備。主要不僅節(jié)約了機(jī)器人的動(dòng)力資源，還能避免一些突發(fā)救援情況。

通過以上分析，可以說救援機(jī)器人最大的用武之地就是災(zāi)難發(fā)生地區(qū)，主要集中在地震，泥石流，火災(zāi)等教頻繁的地方。如何實(shí)現(xiàn)救援機(jī)器人的多功能化，這就是思考的問題。

四、多功能救援機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

材料上本文選用常用的鋁合金材質(zhì)做多功能救援機(jī)器人上部分的底殼，戶外的環(huán)境決定了救援機(jī)器人的用料要具有抗高溫、抗腐蝕，抗擠壓、杰出的耐疲勞性和耐油性，應(yīng)用時(shí)尺寸的穩(wěn)定性。

如圖3所示，選用常用的工程塑料外殼作為救援機(jī)器人急救藥用箱的材料。戶外環(huán)境的特性決定了機(jī)器人的急救藥用箱要有較高的硬度和耐磨性、極強(qiáng)的附著能力、較強(qiáng)的吸附能力、良好的抗蝕性和電絕緣性及高的熱絕緣性。

在殼體上部的太陽(yáng)能電池部分選用多晶硅太陽(yáng)電池，他的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規(guī)模化生產(chǎn)的大尺寸方型硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，制造的過程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料，對(duì)材質(zhì)要求也較低。晶界及雜質(zhì)影響可通過電池加工工藝進(jìn)行改善；由于材質(zhì)和晶界影響，電池效率較低。電池工藝主要采用吸雜、鈍化、等技術(shù)。

履帶的行走輪采用橡膠材質(zhì)，其彈性大，定伸強(qiáng)度高，抗撕裂性和電絕緣性優(yōu)良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易與其它材料粘合，在綜合性能方面優(yōu)于多數(shù)合成橡膠。防滑性好。

五、結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)當(dāng)前救援機(jī)器人外觀形態(tài)、使用方式、使用材料、使用環(huán)境等方面的探討，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度更考慮了傷員的運(yùn)送，手術(shù)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)元素；從形態(tài)上，色彩上，使用方式上，對(duì)現(xiàn)有救援機(jī)器人進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，特別在復(fù)雜的災(zāi)難發(fā)生地，運(yùn)用設(shè)計(jì)的對(duì)稱性法則把履帶進(jìn)行了整合與創(chuàng)新，體現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行人性化的再設(shè)計(jì)。救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)具有了人性化品質(zhì)、良好的操作方式、強(qiáng)大的功能，讓新的產(chǎn)品更符合人的需求、社會(huì)的需求。

綜合上所述，本文通過研究和探索，在新層次上構(gòu)建出了的多功能救援機(jī)器人的新方案，基本完成了設(shè)計(jì)之初所提出的要求。但是，本次設(shè)計(jì)仍存在些不足，還有許多細(xì)節(jié)部分需要完善。而且該多功能救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)并沒有經(jīng)過實(shí)物試驗(yàn)和使用測(cè)試，只是提出了一個(gè)新的使用方式理論，由理論到實(shí)際運(yùn)用還有一定的距離。

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