周燁熙

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

【關(guān)鍵詞】六足；搜救機(jī)器人；結(jié)構(gòu)；功能

一、前言

多發(fā)的自然災(zāi)害現(xiàn)場多為坍塌環(huán)境，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不穩(wěn)定，有些狹小空間救援人員和搜救犬根本無法進(jìn)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(jìn)入建筑物也將有巨大的風(fēng)險，其體重和移動可能會引起建筑物進(jìn)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(jìn)行評估，并對不穩(wěn)定的倒塌結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐加固后才能進(jìn)入，這個過程延誤了搜救受災(zāi)者的時間。同時，由于搜尋空間條件惡劣，易導(dǎo)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(zāi)者的概率上升，而且救援人員也存在重大的健康風(fēng)險和安全風(fēng)險，影響救援工作的快速展開將機(jī)器人技術(shù)、營救行動技術(shù)、災(zāi)害學(xué)等多學(xué)科知識有機(jī)融合，研制與開發(fā)用于搜救與營救的救援機(jī)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(jī)器人應(yīng)該具備的功能

存活能力： 救援機(jī)器人的存活能力主要是機(jī)器人本體的可靠性、耐用性和適應(yīng)性問題。災(zāi)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(jī)器人對環(huán)境的適應(yīng)特別重要。在溫度方面，災(zāi)難后環(huán)境存在高溫可能， 機(jī)器人本體必須能夠克服條件的影響， 設(shè)計時在材質(zhì)的選擇上需要進(jìn)行周密的慮。在救援機(jī)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(jī)器人足夠的動力和工作時間。應(yīng)該具有自適應(yīng)能力， 具有預(yù)見能力。它們應(yīng)該能適應(yīng)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(yīng)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(zāi)難救援環(huán)境對機(jī)器人的運動能力要求較高，機(jī)器人移動平臺十分重要。機(jī)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(jī)器人摔碎。目前解決這些困難的方法是設(shè)計一種蛇形機(jī)構(gòu)， 這種機(jī)構(gòu)已被證實是有效的搜救機(jī)構(gòu)之一。災(zāi)難后環(huán)境存在松軟的灰土地面、由于消防用水或漏水導(dǎo)致的泥濘路面及坎坷不平的廢墟地面等多種地面地形， 機(jī)器人必須具有高度的地面適應(yīng)性能， 在輪式、履帶式和腿式等移動機(jī)構(gòu)當(dāng)中，履帶、輪、腿復(fù)合的復(fù)合移動機(jī)構(gòu)將被廣泛采用。

通信能力：操作人員和機(jī)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(jī)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(jī)器人具有通過災(zāi)難現(xiàn)場一切環(huán)境的能力， 對遇難者進(jìn)行定位，與救援隊伍進(jìn)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(jī)器人自身難以獨立完成，人機(jī)交互的介入是必要和必須的。多救援機(jī)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(jī)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(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1是本文設(shè)計智能爬行搜救機(jī)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(jī)，只要控制這三個舵機(jī)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(jī)3—豎直移動排齒4—豎直移動舵機(jī)和齒輪5—水平移動排齒6—水平移動舵機(jī)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(jī)器人運動原理

機(jī)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(jī)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(jī)器人身體，機(jī)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(jī)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。