一種六足搜救機器人功能與結(jié)構(gòu)設想

周燁熙

【摘 要】本文主要闡述了一種六足搜救機器人的概念，闡述了它應該具備的基本功能和應用范圍，并對結(jié)構(gòu)做了敘述以及工作實現(xiàn)模式。

【關鍵詞】六足；搜救機器人；結(jié)構(gòu)；功能

一、前言

多發(fā)的自然災害現(xiàn)場多為坍塌環(huán)境，結(jié)構(gòu)復雜、不穩(wěn)定，有些狹小空間救援人員和搜救犬根本無法進入，從而使搜救范圍限制在倒塌建筑物表面范圍。救援人員進入建筑物也將有巨大的風險，其體重和移動可能會引起建筑物進一步倒塌，造成對救援人員和幸存者的再次傷害。因此，救援隊員必須在結(jié)構(gòu)工程師進行評估，并對不穩(wěn)定的倒塌結(jié)構(gòu)進行支撐加固后才能進入，這個過程延誤了搜救受災者的時間。同時，由于搜尋空間條件惡劣，易導致救援隊員勞累，從而易對周圍建筑結(jié)構(gòu)作出錯誤判斷，錯過沒有知覺受災者的概率上升，而且救援人員也存在重大的健康風險和安全風險，影響救援工作的快速展開將機器人技術、營救行動技術、災害學等多學科知識有機融合，研制與開發(fā)用于搜救與營救的救援機器人，將有效地提高救援的效率和減少救援人員的傷亡。

二、六足搜救機器人應該具備的功能

存活能力： 救援機器人的存活能力主要是機器人本體的可靠性、耐用性和適應性問題。災難后環(huán)境中存在毒氣、毒液、生化、放射性、非常溫和二次倒塌等危險， 機器人對環(huán)境的適應特別重要。在溫度方面，災難后環(huán)境存在高溫可能， 機器人本體必須能夠克服條件的影響， 設計時在材質(zhì)的選擇上需要進行周密的慮。在救援機器人的能源供給方面， 需要采用有線和無線相結(jié)合的方式， 以保障救援機器人足夠的動力和工作時間。應該具有自適應能力， 具有預見能力。它們應該能適應環(huán)境， 適合完成挑戰(zhàn)性的工作， 并且具有智能以至于能夠應對由各種不穩(wěn)定和不確定的因素所引起的干擾。

運動能力：災難救援環(huán)境對機器人的運動能力要求較高，機器人移動平臺十分重要。機器人必須不斷地翻越各種垂直的障礙物， 平臺的穩(wěn)定性和自調(diào)整能力很重要， 要盡可能避免由從高度墜下而將機器人摔碎。目前解決這些困難的方法是設計一種蛇形機構(gòu)， 這種機構(gòu)已被證實是有效的搜救機構(gòu)之一。災難后環(huán)境存在松軟的灰土地面、由于消防用水或漏水導致的泥濘路面及坎坷不平的廢墟地面等多種地面地形， 機器人必須具有高度的地面適應性能， 在輪式、履帶式和腿式等移動機構(gòu)當中，履帶、輪、腿復合的復合移動機構(gòu)將被廣泛采用。

通信能力：操作人員和機器人之間的通信、操作人員和遇難者之間的通信和多救援機器人之間的通信。所有的通信通常采用無線的方式。理想的情況是自主機器人具有通過災難現(xiàn)場一切環(huán)境的能力， 對遇難者進行定位，與救援隊伍進行通訊和聯(lián)系實際上， 這里包含了大量的軟件處理與計算， 機器人自身難以獨立完成，人機交互的介入是必要和必須的。多救援機器人之間的通訊， 受到廢墟遮擋的影響， 目前還不能夠很好地在救援機器人系統(tǒng)中實現(xiàn)， 但是它也是迫切需要解決的問題之一。

三、六足搜救機器人結(jié)構(gòu)設計

圖1是本文設計智能爬行搜救機器人的三維結(jié)構(gòu)示意。其中 2 4 6 分別為轉(zhuǎn)動、豎直、水平驅(qū)動舵機，只要控制這三個舵機就可以控制上板和下板相對上下、前后、水平面轉(zhuǎn)動。

1—上板2—轉(zhuǎn)動舵機3—豎直移動排齒4—豎直移動舵機和齒輪5—水平移動排齒6—水平移動舵機和齒輪7—下板8—上板足9—下板足10—水平定位齒輪

四、智能機器人運動原理

機器人6只足分別均分布在兩個等邊三角形的頂點上，如圖2。機器人在行走過程中，兩組足交替支撐。兩組足中的任一組三足可獨立支撐起整個機器人身體，機器人重心始終落在A組或B組三足的三角形區(qū)域內(nèi)，因此在平面爬行中沒有傾覆的危險。

如圖3所示，通過上下兩組腳的相互運動就可以滿足機器人多方位移動的需要：即上下板前后相互交替著地實現(xiàn)前后運動；上下板以三角形中點為軸相互轉(zhuǎn)動交替著地實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運動。運動如圖3及4所示。