劉曦愷

前言

自然災(zāi)害嚴(yán)重的威脅著人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全，災(zāi)難發(fā)生的3天內(nèi)未黃金搶救時(shí)間，但是受災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，救援人員很難以最快的速度、最高的效率展開救援工作，并且救援任務(wù)有時(shí)候也超出了救援人員的能力范圍。因此，救援機(jī)器人已經(jīng)成為重要的發(fā)展趨勢(shì)，它能夠有效的幫助救援人員展開救援工作。

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

日本作為一個(gè)自然災(zāi)害發(fā)生比較頻繁的國(guó)家，非常重視救援機(jī)器人的研制，其研制救援機(jī)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機(jī)器人理念，并在70年代研制出了第一個(gè)蛇形機(jī)器人，同時(shí)還研制出了“ACM”等系列機(jī)器人。較為典型的還有日本的Snakebot機(jī)器人，這款機(jī)器人主要是用來(lái)搜索工作，它長(zhǎng)大約8米，其動(dòng)力是依靠裝有動(dòng)力裝置的尼龍繩，能夠深入到災(zāi)難后廢墟的每個(gè)小角落。Snakebot還裝置有攝像頭，能夠傳回影像使得救援者能夠清楚掌握受災(zāi)區(qū)域內(nèi)的情形。這款蛇形機(jī)器人已經(jīng)接受了檢驗(yàn)與實(shí)踐的考驗(yàn)。日本的RoboCue機(jī)器人是針對(duì)消防廳開發(fā)的機(jī)器人，它可以進(jìn)入到消防員無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域，比如火勢(shì)兇猛的房屋或者彌漫毒氣的現(xiàn)場(chǎng)來(lái)尋找受災(zāi)人。美國(guó)一名教授研制的Dash機(jī)器人，它是由硬紙板與電子器件的廢棄部分組成的，體積十分小，其優(yōu)點(diǎn)是行動(dòng)敏捷，并且用紙板做成的“身體”每只造價(jià)不超過(guò)一美元。因此，它十分具有環(huán)保意義。如今，世界上大部分國(guó)家都有了各種仿生機(jī)器人，比如壁虎機(jī)器人、蜘蛛機(jī)器人等等。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在我國(guó)，救災(zāi)機(jī)器人的研究相對(duì)比較晚，但是受到了高度的重視。比如國(guó)家支持研究地震救援機(jī)器人，國(guó)內(nèi)很多高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)單位等都展開了積極地研究，迄今為止取得了較大的進(jìn)步。我國(guó)的“龍蝦”救援機(jī)器人是目前世界上最大的救援機(jī)器人。其每只臂都有7個(gè)自由度，經(jīng)過(guò)控制能夠自由的升降，同時(shí)還能模仿人的雙臂展開全面的協(xié)調(diào)與配合工作。它具有油和電“雙動(dòng)力”驅(qū)動(dòng)，可以利用雙臂手展開作業(yè)，它的雙臂尾端的機(jī)械手能夠依據(jù)作業(yè)或者救援現(xiàn)場(chǎng)的需要展開不同的作業(yè)。我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的廢墟搜索機(jī)器人，其特點(diǎn)是能夠改變自身的結(jié)合進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或者救援人員無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域，利用其攜帶的紅外攝像機(jī)與聲音傳感器等裝置能夠把廢墟內(nèi)的情形傳送給求援人員。廢墟搜索機(jī)器人能夠快速搜索到幸存者，并且提供信息給救援人員，方便展開施救。廢墟搜索機(jī)器人還能夠隨時(shí)監(jiān)視廢墟內(nèi)情況的變化，防止再次發(fā)生倒塌。旋翼飛行機(jī)器人能夠提供災(zāi)難現(xiàn)成的位置和情況給救援人員，并協(xié)助救援人員展開排查工作。

3.救援機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

太過(guò)復(fù)雜的災(zāi)難環(huán)境會(huì)給救援機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)不便，因此，在救援過(guò)程中具有一定的攀爬與越過(guò)障礙能力是非常必要的。在設(shè)計(jì)機(jī)器人過(guò)程中應(yīng)當(dāng)滿足小型化與輕量化，這樣才能便捷的展開救援，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)具有穩(wěn)定性與自我調(diào)整能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括底盤設(shè)計(jì)與機(jī)械臂設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)底盤的設(shè)計(jì)以及機(jī)械臂的設(shè)計(jì)。從節(jié)能環(huán)保的角度上看，救援機(jī)器人在傳動(dòng)方案與驅(qū)動(dòng)方案上有了比較大的進(jìn)步。北京理工大學(xué)研制的小型四履帶移動(dòng)機(jī)器人省去了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，不僅保證了機(jī)器人的性能，還滿足了小型化與輕量化的要求。由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，救援機(jī)器人必須要具有攀爬臺(tái)階等越障礙能力，同時(shí)還要具有一定的穩(wěn)定性。救援機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)能夠?qū)ψ陨淼奈恢谩⒎较?、速度等情況展開準(zhǔn)確的估計(jì)，從而依據(jù)期望的速度以及方向確定其速度。因此，建立救援機(jī)器人的模型是非常必要的。

4.救援機(jī)器人的測(cè)控系統(tǒng)

救援機(jī)器人的測(cè)控系統(tǒng)工作中應(yīng)當(dāng)包括：1.把傳感器收集到的受災(zāi)環(huán)境和具體位置等信息通過(guò)處理，把處理后的信息反饋給救援人員，使得救援人員可以及時(shí)了解受災(zāi)環(huán)境，更好的控制機(jī)器人的行為。救援人員依據(jù)救援機(jī)器人傳送的信息，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)救援機(jī)器人發(fā)出指令，機(jī)器人依據(jù)周圍的環(huán)境情況和收到的指令展開規(guī)劃從而完成任務(wù)。救援機(jī)器人在完成任務(wù)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)在避障和路徑規(guī)劃等方面有一定的自主性。傳感器是救援機(jī)器人感應(yīng)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的直接方式。救援機(jī)器人的探測(cè)感應(yīng)系統(tǒng)主要是通過(guò)傳感器采集的不同信息，并且對(duì)這些信息進(jìn)行處理，最終展開決策。救援機(jī)器人的視覺傳感器能夠獲取災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息，使得救援人員可以在第一時(shí)間掌握災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的情形，跟蹤救援機(jī)器人的動(dòng)態(tài)。救援機(jī)器人的聽覺傳感器是作用是檢測(cè)災(zāi)難區(qū)域的聲音，幫助救援人員了解災(zāi)難區(qū)域的情況，而氣體傳感器能夠檢測(cè)災(zāi)難區(qū)域有毒氣體的含量，讓救援人員作出相應(yīng)的措施。在救援過(guò)程中，救援人員依據(jù)救援機(jī)器人傳送來(lái)的信息掌握災(zāi)難區(qū)域的情形并且作出相應(yīng)的措施，從而對(duì)救援機(jī)器人展開控制。災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的信息主要是通過(guò)圖像的方式傳送給救援人員，使得救援人員能夠掌握受災(zāi)環(huán)境，提高救援工作的效率。

5.結(jié)束語(yǔ)

救災(zāi)工作關(guān)乎著人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，面對(duì)危險(xiǎn)和惡劣的救災(zāi)環(huán)境，救援機(jī)器人能夠代替和幫助救援人員展開救援工作。救援機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)有很多，它搬運(yùn)破拆能力十分強(qiáng)，通過(guò)蓄電可以持續(xù)的工作，從而提高了搜救的效率，還能夠利用攜帶的各種傳感器，幫助救援人員了解災(zāi)難區(qū)域的具體情形，它的工作速度快，能夠輔助甚至代替救援人員，同時(shí)還能必能二次事故所帶來(lái)的危害。

（作者單位：湖南師大附中高三）