救援機器人研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀

王帥 沈禮昊

摘要：機器人是人類智慧的產(chǎn)物，它能夠完成很多人類無法完成的工作，在20世紀就已經(jīng)得到了社會各界人士的高度重視，在21世紀更是受到世人的重視。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)越來越趨于成熟，人類也開始把煩勞、危險的工作交給機器人。比如各種工業(yè)機器人，它能夠幫助人類完成各種勞累的工作，甚至能夠達到人類無法達到的精度或速度。還有一些救援、排爆機器人，它們能夠代替人類完成危險的任務(wù)。機器人不同于人類，它們是由各種機械零件和電路控制系統(tǒng)組成，如果在工作過程中損壞只需進行零件的更換，所以很適合代替人類從事危險工作。

關(guān)鍵詞：救援機器人;發(fā)展現(xiàn)狀;趨勢

引言：伴隨著全球各地環(huán)境的變化，工作、生活中意外事故發(fā)生的增多，如何開展災(zāi)后救援成為了人們關(guān)注的問題。實際經(jīng)驗表明，災(zāi)后24小時為救援的黃金時間，超過72小時后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來越低，所以災(zāi)難發(fā)生后如何進行及時的救援成為了人們關(guān)注的問題。但是由于災(zāi)后地理環(huán)境復(fù)雜，還常常伴隨著危險情況的發(fā)生，不僅影響了救援人員的行動，還有可能造成救援人員生命健康受到威脅。在救援人員自身安全得不到保證的情況下是很難進人現(xiàn)場開展救援工作的，此外，廢墟中形成的狹小空間使得救援人員甚至搜救犬也無法進入，但救援機器人可以很好地解決以上問題。救援機器人可以在災(zāi)難發(fā)生后第一時間進人災(zāi)難現(xiàn)場尋找幸存者，對被困人員提供基本的醫(yī)療救助服務(wù)，進入救援人員無法進入的現(xiàn)場搜集相關(guān)信息并反饋給救援指揮中心等。近年來，為了滿足救援工作的需要，國內(nèi)外很多研究機構(gòu)開展了大量的研究工作，可在災(zāi)難現(xiàn)場廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋的各類機器人如可變形多態(tài)機器人、蛇形機器人等由此被開發(fā)出來.

一、研究意義

在21世紀的今天，伴隨著自然災(zāi)害頻發(fā)以及人類對生命安全問題的重視，使得人們對災(zāi)后如何展開高效、安全的救援更加重視。目前，在各種救災(zāi)方案中，大多數(shù)情況下救護人員無法第一時間進入危險區(qū)域的。如果貿(mào)然營救，不僅難以救出被困人員，還有可能造成救援人員生命健康受到為威脅。在這種緊急而危險的情況下，救援機器人可以為救援人員提供有效的幫助。因此，設(shè)計救援機器人用于危險而復(fù)雜的環(huán)境中搜索和營救幸存者是非常實用的。為了更安全和更高效的完成災(zāi)后救援工作，本次設(shè)計采用履帶式機器人。履帶式機器人具有牽引力大、不易打滑、越野性能好等優(yōu)點，還可以搭載攝像頭、探測器等設(shè)備，深入災(zāi)難現(xiàn)場，為救援人員提供災(zāi)難內(nèi)部畫面、信息等，以便于救援人員做出有效的救援方案，減少災(zāi)難帶來的損失以及不必要的人員傷亡。

目前救援機器人主要優(yōu)點有：1.機動性和搬運破拆能力強，而且通過電池補給可以連續(xù)工作，提高搜救效率;2.可以通過攜帶多種傳感器，實現(xiàn)廢墟內(nèi)的圖、聲、氣、溫等檢測，有效鎖定受害者的位置;3.機器人救援可以輔助或替代救援人員，避免二次倒塌所帶來的傷害，降低救援人員受傷的風(fēng)險。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（1）國外研究現(xiàn)狀

早在20世紀80年代，國外就已經(jīng)有對機器人應(yīng)用于救援工作的探討。尤其是在9.11事件之后美國、日本等發(fā)達國家在地震、火災(zāi)等救援機器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各種可用于災(zāi)難現(xiàn)場救援的機器人.以牽引和運動方式的不同救援機器人主要可分為以下幾類：

履帶式機器人：從20世紀80年代起，國外就對小型履帶式機器人開展了系統(tǒng)研究。其中影響較大的是美國的NUGV機器人、URBOT和Talon機器人。目前典型的履帶式機器人有：日本千葉工業(yè)大學(xué)開發(fā)的小型機器人Quince，它體積小巧，裝配有4組履帶式輪子以及6個電動馬達。其機械臂可以遞送食物或者其他補給。Quince最令人感興趣的地方是它的傳感器。它除了紅外感應(yīng)器外還攜帶了二氧化碳探測器，能夠探測人體呼吸和體溫狀況，以便及時將被救者身體狀況及時反映給救援人員。

輪式機器人：谷歌母公司Alphabet旗下機器人公司波士頓動力（Boston?Dynamics）研發(fā)的一款兩輪人形機器人“Handle”，它能載重、下蹲，甚至還能跳躍以跨過障礙物。

足式機器人：波士頓動力公司推出的SpotMini是一款靈活的機器人，能夠處理物體，爬樓梯，并能在辦公室，家庭和戶外運作。典型的還有WildCat機器人，是世界上運行速度最快的四足機器人，由DARPA的Maximum?Mobility?and?Manipulation項目提供資金，實現(xiàn)了高速下的Bound步態(tài)和Gallop步態(tài)奔跑，實驗室跑步機上的速度為48km/h，實驗室外速度為32km/h。

（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對救援機器人的研究起步較晚，但受到的重視程度較高，比如國家“十二五”科技支撐計劃的重點項目“龍蝦”救援機器人，同時也是目前世界上最大的救援機器人。每只臂上都有7個自由度，經(jīng)過控制能夠自由升降，同時還能模仿人的雙臂展開全面的協(xié)調(diào)與配合工作，它還是油電雙動力混合驅(qū)動。

我國對履帶式機器人的研究也取得了一定成果，如北京航空航天大學(xué)研制的可重構(gòu)履腿機器人、沈陽自動化研究所研制的CLMBER機構(gòu)履腿機器人、北京理工大學(xué)研制的四履腿機器人等。由中國航天科工集團第四研究院探測與控制技術(shù)研究所研制的“排爆奇兵”機器人也是采用履帶式傳動，主要用于代替人類進行危險物搜索和排除，還能夠適應(yīng)野外的惡劣環(huán)境。

（3）發(fā)展趨勢

近年來，救援機器人在搶險救災(zāi)過程中發(fā)揮著重要作用，同時，救援機器人也由半自主向著全自主方向發(fā)展。目前，救援機器人的研究熱點是運動控制、人機交互以及傳感檢測技術(shù)。相信在不久的將來救援機器人能夠完全代替人類從事危險的救援工作。

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