王帥 沈禮昊

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

關(guān)鍵詞：救援機(jī)器人;發(fā)展現(xiàn)狀;趨勢(shì)

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(kāi)展災(zāi)后救援成為了人們關(guān)注的問(wèn)題。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，災(zāi)后24小時(shí)為救援的黃金時(shí)間，超過(guò)72小時(shí)后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來(lái)越低，所以災(zāi)難發(fā)生后如何進(jìn)行及時(shí)的救援成為了人們關(guān)注的問(wèn)題。但是由于災(zāi)后地理環(huán)境復(fù)雜，還常常伴隨著危險(xiǎn)情況的發(fā)生，不僅影響了救援人員的行動(dòng)，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(jìn)人現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)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(wú)法進(jìn)入，但救援機(jī)器人可以很好地解決以上問(wèn)題。救援機(jī)器人可以在災(zāi)難發(fā)生后第一時(shí)間進(jìn)人災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)尋找幸存者，對(duì)被困人員提供基本的醫(yī)療救助服務(wù)，進(jìn)入救援人員無(wú)法進(jìn)入的現(xiàn)場(chǎng)搜集相關(guān)信息并反饋給救援指揮中心等。近年來(lái)，為了滿(mǎn)足救援工作的需要，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大量的研究工作，可在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋的各類(lèi)機(jī)器人如可變形多態(tài)機(jī)器人、蛇形機(jī)器人等由此被開(kāi)發(fā)出來(lái).

一、研究意義

在21世紀(jì)的今天，伴隨著自然災(zāi)害頻發(fā)以及人類(lèi)對(duì)生命安全問(wèn)題的重視，使得人們對(duì)災(zāi)后如何展開(kāi)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(hù)人員無(wú)法第一時(shí)間進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的。如果貿(mào)然營(yíng)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(xiǎn)的情況下，救援機(jī)器人可以為救援人員提供有效的幫助。因此，設(shè)計(jì)救援機(jī)器人用于危險(xiǎn)而復(fù)雜的環(huán)境中搜索和營(yíng)救幸存者是非常實(shí)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(jì)采用履帶式機(jī)器人。履帶式機(jī)器人具有牽引力大、不易打滑、越野性能好等優(yōu)點(diǎn)，還可以搭載攝像頭、探測(cè)器等設(shè)備，深入災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)，為救援人員提供災(zāi)難內(nèi)部畫(huà)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(lái)的損失以及不必要的人員傷亡。

目前救援機(jī)器人主要優(yōu)點(diǎn)有：1.機(jī)動(dòng)性和搬運(yùn)破拆能力強(qiáng)，而且通過(guò)電池補(bǔ)給可以連續(xù)工作，提高搜救效率;2.可以通過(guò)攜帶多種傳感器，實(shí)現(xiàn)廢墟內(nèi)的圖、聲、氣、溫等檢測(cè)，有效鎖定受害者的位置;3.機(jī)器人救援可以輔助或替代救援人員，避免二次倒塌所帶來(lái)的傷害，降低救援人員受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

（1）國(guó)外研究現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)80年代，國(guó)外就已經(jīng)有對(duì)機(jī)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(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在地震、火災(zāi)等救援機(jī)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(chǎng)救援的機(jī)器人.以牽引和運(yùn)動(dòng)方式的不同救援機(jī)器人主要可分為以下幾類(lèi)：

履帶式機(jī)器人：從20世紀(jì)80年代起，國(guó)外就對(duì)小型履帶式機(jī)器人開(kāi)展了系統(tǒng)研究。其中影響較大的是美國(guó)的NUGV機(jī)器人、URBOT和Talon機(jī)器人。目前典型的履帶式機(jī)器人有：日本千葉工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的小型機(jī)器人Quince，它體積小巧，裝配有4組履帶式輪子以及6個(gè)電動(dòng)馬達(dá)。其機(jī)械臂可以遞送食物或者其他補(bǔ)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(cè)器，能夠探測(cè)人體呼吸和體溫狀況，以便及時(shí)將被救者身體狀況及時(shí)反映給救援人員。

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

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

（2）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)救援機(jī)器人的研究起步較晚，但受到的重視程度較高，比如國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目“龍蝦”救援機(jī)器人，同時(shí)也是目前世界上最大的救援機(jī)器人。每只臂上都有7個(gè)自由度，經(jīng)過(guò)控制能夠自由升降，同時(shí)還能模仿人的雙臂展開(kāi)全面的協(xié)調(diào)與配合工作，它還是油電雙動(dòng)力混合驅(qū)動(dòng)。

我國(guó)對(duì)履帶式機(jī)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(jī)器人、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的CLMBER機(jī)構(gòu)履腿機(jī)器人、北京理工大學(xué)研制的四履腿機(jī)器人等。由中國(guó)航天科工集團(tuán)第四研究院探測(cè)與控制技術(shù)研究所研制的“排爆奇兵”機(jī)器人也是采用履帶式傳動(dòng)，主要用于代替人類(lèi)進(jìn)行危險(xiǎn)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(shì)

近年來(lái)，救援機(jī)器人在搶險(xiǎn)救災(zāi)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，同時(shí)，救援機(jī)器人也由半自主向著全自主方向發(fā)展。目前，救援機(jī)器人的研究熱點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)控制、人機(jī)交互以及傳感檢測(cè)技術(shù)。相信在不久的將來(lái)救援機(jī)器人能夠完全代替人類(lèi)從事危險(xiǎn)的救援工作。

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