浅谈救援机器人的研究现状与发展趋势

刘曦恺

前言

自然灾害严重的威胁着人类的生命和财产安全，灾难发生的3天内未黄金抢救时间，但是受灾难现场环境的影响，救援人员很难以最快的速度、最高的效率展开救援工作，并且救援任务有时候也超出了救援人员的能力范围。因此，救援机器人已经成为重要的发展趋势，它能够有效的帮助救援人员展开救援工作。

1.国外研究现状

日本作为一个自然灾害发生比较频繁的国家，非常重视救援机器人的研制，其研制救援机器人的水平在世界上名列前茅。日本的某位教授首先提出蛇形机器人理念，并在70年代研制出了第一个蛇形机器人，同时还研制出了“ACM”等系列机器人。较为典型的还有日本的Snakebot机器人，这款机器人主要是用来搜索工作，它长大约8米，其动力是依靠装有动力装置的尼龙绳，能够深入到灾难后废墟的每个小角落。Snakebot还装置有摄像头，能够传回影像使得救援者能够清楚掌握受灾区域内的情形。这款蛇形机器人已经接受了检验与实践的考验。日本的RoboCue机器人是针对消防厅开发的机器人，它可以进入到消防员无法进入的区域，比如火势凶猛的房屋或者弥漫毒气的现场来寻找受灾人。美国一名教授研制的Dash机器人，它是由硬纸板与电子器件的废弃部分组成的，体积十分小，其优点是行动敏捷，并且用纸板做成的“身体”每只造价不超过一美元。因此，它十分具有环保意义。如今，世界上大部分国家都有了各种仿生机器人，比如壁虎机器人、蜘蛛机器人等等。

2.国内研究现状

在我国，救灾机器人的研究相对比较晚，但是受到了高度的重视。比如国家支持研究地震救援机器人，国内很多高校、研究机构和企业单位等都展开了积极地研究，迄今为止取得了较大的进步。我国的“龙虾”救援机器人是目前世界上最大的救援机器人。其每只臂都有7个自由度，经过控制能够自由的升降，同时还能模仿人的双臂展开全面的协调与配合工作。它具有油和電“双动力”驱动，可以利用双臂手展开作业，它的双臂尾端的机械手能够依据作业或者救援现场的需要展开不同的作业。我国沈阳自动化研究所研制的废墟搜索机器人，其特点是能够改变自身的结合进入危险区域或者救援人员无法进入的区域，利用其携带的红外摄像机与声音传感器等装置能够把废墟内的情形传送给求援人员。废墟搜索机器人能够快速搜索到幸存者，并且提供信息给救援人员，方便展开施救。废墟搜索机器人还能够随时监视废墟内情况的变化，防止再次发生倒塌。旋翼飞行机器人能够提供灾难现成的位置和情况给救援人员，并协助救援人员展开排查工作。

3.救援机器人的结构设计

太过复杂的灾难环境会给救援机器人的运动带来不便，因此，在救援过程中具有一定的攀爬与越过障碍能力是非常必要的。在设计机器人过程中应当满足小型化与轻量化，这样才能便捷的展开救援，同时还应当具有稳定性与自我调整能力。结构设计包括底盘设计与机械臂设计两个部分。结构设计是对底盘的设计以及机械臂的设计。从节能环保的角度上看，救援机器人在传动方案与驱动方案上有了比较大的进步。北京理工大学研制的小型四履带移动机器人省去了传动结构，不仅保证了机器人的性能，还满足了小型化与轻量化的要求。由于灾难现场环境复杂，救援机器人必须要具有攀爬台阶等越障碍能力，同时还要具有一定的稳定性。救援机器人在运动过程中应当能够对自身的位置、方向、速度等情况展开准确的估计，从而依据期望的速度以及方向确定其速度。因此，建立救援机器人的模型是非常必要的。

4.救援机器人的测控系统

救援机器人的测控系统工作中应当包括：1.把传感器收集到的受灾环境和具体位置等信息通过处理，把处理后的信息反馈给救援人员，使得救援人员可以及时了解受灾环境，更好的控制机器人的行为。救援人员依据救援机器人传送的信息，通过远程监控系统对救援机器人发出指令，机器人依据周围的环境情况和收到的指令展开规划从而完成任务。救援机器人在完成任务的过程中，应当在避障和路径规划等方面有一定的自主性。传感器是救援机器人感应灾难现场的直接方式。救援机器人的探测感应系统主要是通过传感器采集的不同信息，并且对这些信息进行处理，最终展开决策。救援机器人的视觉传感器能够获取灾难现场的视频信息，使得救援人员可以在第一时间掌握灾难现场的情形，跟踪救援机器人的动态。救援机器人的听觉传感器是作用是检测灾难区域的声音，帮助救援人员了解灾难区域的情况，而气体传感器能够检测灾难区域有毒气体的含量，让救援人员作出相应的措施。在救援过程中，救援人员依据救援机器人传送来的信息掌握灾难区域的情形并且作出相应的措施，从而对救援机器人展开控制。灾难现场的信息主要是通过图像的方式传送给救援人员，使得救援人员能够掌握受灾环境，提高救援工作的效率。

5.结束语

救灾工作关乎着人们的生命和财产安全，面对危险和恶劣的救灾环境，救援机器人能够代替和帮助救援人员展开救援工作。救援机器人的优点有很多，它搬运破拆能力十分强，通过蓄电可以持续的工作，从而提高了搜救的效率，还能够利用携带的各种传感器，帮助救援人员了解灾难区域的具体情形，它的工作速度快，能够辅助甚至代替救援人员，同时还能必能二次事故所带来的危害。

（作者单位：湖南师大附中高三）