核生化现场处置遥控车的研制及应用

李 宏，谭伟龙，荣 曙，崔业民，汪春晖，毛应华*

（1.东部战区疾病预防控制中心，南京210002；2.广益机电有限责任公司，江苏南通226000）

0 引言

当今世界国际公共安全形势日益复杂，核生化威胁已成为国家面临的重要问题。突发核生化事件具有时间地点不确定、人员伤亡大、伤情复杂、易造成社会恐慌、对经济及环境危害大等特点[1]，及时响应，对危害源快速定性定量，确定损伤程度、范围，抢救生命及环境消杀等是应对该类事件的关键[2]。目前，三防医学救援力量大多依托人员携带装备进入事故区域进行现场采样、侦检、救治及洗消，安全风险高，存在人员心理压力大及体能消耗大、信息沟通不畅，装备检测范围小、工作时间短等问题，影响现场处置效率。

无人作战平台代表着未来武器装备的发展方向，军用机器人代替人工作业具有巨大的军事潜力[3-4]。针对核生化应急处置救援，采用机器人进入作业现场具有机动性能好、工作效率高、侦检快速、工作时间长、安全可靠等优势，能有效克服传统人工处置存在的问题[5-6]。奥地利Taurob公司设计了一款应用于易爆气体环境下的“追踪者”核生化爆移动式遥控机器人，可搭载多种类型传感器及机械臂，高效完成排爆、侦检、采样等特殊任务，但造价较高[7]。美国福斯特-米勒公司研制的“魔爪”机器人采用履带式结构，预留多功能传感器平台，可于狭小环境下完成核生化现场处置任务，但结构与功能载荷相对复杂[8]。郭丽芳等[9]设计了一种遥控核生化机动检测平台用于现场综合侦检，但执行功能单一，通用性较差。张宇辉等[10]提出一种对核生化现场进行定性、定量及采样检测的核生化机器人的构想，但未形成有形产品，机器人具体性能参数未知。

若能设计一款能在多种复杂环境下遂行核生化处置任务的综合平台，将有助于提高我军应对核生化突发事件的能力。本研究结合现有履带式机器人的结构模型及理论基础，设计一种集侦检、洗消、采样、伤员搬运为一体的核生化现场处置遥控车，为我军应急救援力量快速反应提供有效的技术手段。

1 设计

核生化现场处置遥控车采用模块化设计、积木式搭配，主要由机动平台、侦检平台、采样平台、洗消平台及伤员搬运平台组成，如图1所示。

图1 核生化现场处置遥控车结构及实物图

1.1 机动平台

机动平台采用小型化设计（净质量480 kg），整体为一体化钢板结构，车身尺寸为1 590 mm×900 mm×1 080 mm，离地高度160 mm，如图2所示。该平台采用本田GX390汽油机提供动力，并配备15 L大容量油箱。车辆底盘采用180 mm机器人专用工程履带，内镶钢基骨架，左右两侧各配置4组直径为240 mm的驱动轮及摆臂克里斯蒂减震悬挂。底盘采用速滑移转向，可原地水平旋转360°。变速箱采用电控机械式平行轴齿轮，通过液力变矩器与发动机的弹性板固定连接。机动平台配备自主开发的遥杆式无线遥控器（265 mm×180 mm×55 mm），采用计算机双工发射，内置频段为310～340 MHz、415～450 MHz的天线，并配置急停开关。

图2 核生化现场处置遥控车机动平台实物图

1.2 侦检平台

侦检平台由监测器支架、核化侦检仪、防雨罩、无线红外摄像头、侦检仪数据处理器、电源和平板计算机等组成。如图3所示，2个监测器支架为100 mm×350 mm钢架结构，可搭载手持式核素识别仪、电离巡检仪、能谱仪、毒剂侦检仪、化学气体探测器、有毒有害物质识别仪等多种便携式核化侦检仪，执行放射源搜索、毒物鉴定分析、剂量侦测等任务。不锈钢防雨罩在车前盖采用强磁辅助吸附，尺寸为85 mm×85 mm×115 mm，可根据核化侦检仪面板位置而移动，以减轻雨天对核化侦检仪的影响。无线红外摄像头用于现场场地及媒介监控，像素为400万，180°广角摄像，采用2 200 mAh锂电池供电。侦检数据通过4G无线网络技术实时发送至手持平板计算机终端，数据存储支持SD卡及云存储。

1.3 采样平台

采样平台由采样器、固定支架、空气压力泵、电源、无线遥控器等部件组成，如图4所示。采样器为国产6级安德森空气微生物采样器，尺寸为200 mm×100 mm×100 mm。该采样器内含不同孔径筛盘（0.65～7.7μm），用特定支架固定于遥控车顶部，可360°进气。采样器动力由12 V隔膜空气压力泵提供，由汽车电瓶供电，隔膜空气压力泵外部安装保护罩。无线遥控器由电磁阀组成，与机动平台的遥控器集成组装。

1.4 洗消平台

洗消平台采用双喷杆喷雾系统，由喷枪、水管、水泵、电瓶、水箱、遥控器等部件组成（如图5所示），采用嵌入式架设于车顶，可手持喷雾。喷枪由合成塑料和镀锌管制作；喷头采用360°无死角旋转设计，雾滴可调；水管使用高强度聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）材料加弹簧内衬制成；水泵采用铜质内芯，由12 V汽车电瓶供电。150 L不锈钢水箱采用双厚加层设计，边缝采用氧弧焊点焊接，水箱顶端开口处设有密封条和透气小孔，下缘设有出水口。双喷杆采用双遥控单独控制设计，与机动平台的遥控器集成组装。

图4 采样平台结构示意图

图5 洗消平台结构及实物图

1.5 伤员搬运平台

伤员搬运平台的主体是伤员运输担架。如图6所示，伤员运输担架采用卷曲式设计（尺寸1 800 mm×60 mm），由多层橡胶黏制固定而成，内嵌钢丝骨架，通过不锈钢压条及螺钉固定于遥控车尾部。压条前方安装U形钢架，用于伤员自行抓握。担架底部安装有5根长700 mm的钢轴（间距300 mm），直径为72 mm的滑轮固定于钢轴两端。担架两侧交叉装配有捆绑式安全带，用于伤员固定。撤收状态下，担架通过2根铁链卷曲并固定于遥控车后部，使用时打开锁链，展开后即可实现核生化现场伤员搬运。

2 使用方法

根据任务性质，核生化现场处置遥控车安装搭载多种核化侦检仪、生命探测仪、有害气体传感器、平皿采样器等设备，加装消毒液。遥控车通过车载的方式到达指定地域，采用无线遥控器控制遥控车进入红区（污染区、疫区）开展作业。远程调节摄像头角度及进深，通过4G通信将监测数据、图像实时发送至平板计算机终端。遥控打开隔膜空气压力泵，进行空气微生物采样。遥控打开水泵及喷枪，执行人员、装备及局部环境洗消任务。人工展开卷曲式担架，执行核生化伤员救援任务[11]。

图6 伤员运输担架撤收及展开状态结构及实物图

3 技术特点

3.1 机动性能强

核生化现场处置遥控车动力输出强劲稳定，行驶速度1.5～7.0 km/h，满油箱状态下可行驶20 km以上，连续工作时间≥8 h。遥控车机动灵活，越障能力强，可在低矮环境中穿行，爬坡度≥25°，侧倾斜能力≥10°。通过无线遥控实现人机分离操作模式，遥控距离≥150 m，可有效提高作业效率，确保作业安全，适用于复杂地形环境下核生化医学救援的现场处置。

3.2 通用功能强

核生化现场处置遥控车能搭载多种不同功能的专业便携式检测仪器，兼容性强，克服了传统人工检测项目单一的缺点，可同时开展包括化学战剂及工业毒物定性、定量分析，以及放射性沾染活度、辐射剂量监测、放射源搜索及甄别等在内的多项检测任务，拓展了仪器的使用空间。空气微生物采样器采样效率高，采样流量5 L/min，可捕获6种不同粒径大小的细菌或真菌，实现了空气微生物颗粒浓度和粒子大小分布测定的功能。双喷杆喷雾系统洗消效率高，喷枪喷雾高度10 m，喷雾幅度180°，喷雾流量7～9 L/min，消杀面积≥500 m2。通过装载不同类型的洗消剂，可实现空气及设备与人员表面的消毒、灭菌，媒介生物的灭杀，化学战剂及毒物的洗消，放射性沾染的祛除等功能；同时可对行动路线进行洗消，开辟救援通道。伤员运输担架安全稳定，磨耗指数160～300，载质量≥500 kg；使用便捷，最高搬运速度150 m/min，可实现伤员的安全快速转运。

3.3 卫勤侦查能力强

通过无线红外监控摄像头，可实现现场地形地貌、爆炸点、破坏程度、散布区域、污染区范围、投放媒介生物种类、放射源及伤员位置等影像侦查功能。在4G覆盖的区域内，数据传输可将监测图片实时发送至平板计算机终端，准确高效。同时，本装置还可结合北斗或GPS、地理信息系统、移动通信技术绘制核生化事件现场矢量地图，准确标定方向、位置及距离等信息。

4 应用效果

核生化现场处置遥控车主要应用于突发核生化事件中，适用于复杂气候、地理环境下代替人员前往污染区进行现场侦检、救治、采样及洗消。具体包括：核生化事件现场地形地貌影像侦查；明确污染源性质，搜索放射源、化学武器炸点、投放媒介生物种类等；核化污染现场剂量定性、定量检测，污染区范围及边界的划定；空气悬浮微生物采集；核生化现场环境及伤员洗消；伤员搜寻及搬运等。

选择某野外驻训演习基地对核生化现场处置遥控车的应用效果进行实地检测。试验条件：阴，温度33℃，空气相对湿度60%，风速1.5 m/s。现场试验证明，遥控车可灵活机动行驶于泥泞崎岖道路，快速通过1 000 mm×200 mm深沟及200 mm土坎，遥控可操纵距离150 m。可搭载HDS-101/GN手持式核素识别仪、451B电离室巡检仪及InSpector 1000能谱仪对模拟放射源进行搜索和侦检，搭载AP4C军事毒剂侦检仪、Chempro HT化学气体探测器、CR2000有毒有害物质识别仪对沙林模拟剂（甲基磷酸二甲酯）进行检测，检测数据图像通过4G网络传输至平板计算机，且检测结果与人工检测一致。采用空气微生物采样器离地高度1 400 mm采样10 min，结果显示，平皿1～2级采集菌落粒数占69%，细菌浓度为1 654～6 200 cfu/m3，真菌浓度为326～1 088 cfu/m3，可有效采集空气悬浮微生物。对双喷杆喷雾系统的评价显示，满水箱状态下，遥控车可于13 min内对面积约为540 m2的道路进行喷雾洗消，最远喷雾距离11.4 m，喷雾幅度180°，最大覆盖宽度20 m。伤员运输担架展开时间20 s，撤收时间1 min，在救援人员辅助下，可于崎岖路面快速转运模拟昏迷伤员（体质量70 kg），2 min内转移距离约250 m，期间未出现伤员脱离及二次损伤的情况。

5 结语

核生化现场处置遥控车主要针对核生化突发事件中三防医学救援作业设计，可满足多因素复杂环境下核生化快速采样、侦检、洗消和搬运的需求，具有功能强大、灵活多用、操作简便、成本低廉等优点[12-13]。遥控车越野能力强，可快速到达指定地域，根据任务需要可搭载不同类型仪器，实现实时侦检及现场处置，有效降低核生化污染对现场处置人员生命安全的威胁，提高现场作业效率。然而，本设计仍存在信息化程度不高、各功能模块精细化程度较低等不足，后期将结合国内外先进机器人设计理念及技术进一步优化和拓展遥控车功能，研发第二代产品。综上所述，本设计为研究新型三防医学救援现场处置技术提供了重要思路，对提高军队应对突发核生化事件应急处置的保障能力具有重要意义。