救援机器人研究意义及发展现状

王帅 沈礼昊

摘要：机器人是人类智慧的产物，它能够完成很多人类无法完成的工作，在20世纪就已经得到了社会各界人士的高度重视，在21世纪更是受到世人的重视。随着科学技术的发展，机器人技术越来越趋于成熟，人类也开始把烦劳、危险的工作交给机器人。比如各种工业机器人，它能够帮助人类完成各种劳累的工作，甚至能够达到人类无法达到的精度或速度。还有一些救援、排爆机器人，它们能够代替人类完成危险的任务。机器人不同于人类，它们是由各种机械零件和电路控制系统组成，如果在工作过程中损坏只需进行零件的更换，所以很适合代替人类从事危险工作。

关键词：救援机器人;发展现状;趋势

引言：伴随着全球各地环境的变化，工作、生活中意外事故发生的增多，如何开展灾后救援成为了人们关注的问题。实际经验表明，灾后24小时为救援的黄金时间，超过72小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低，所以灾难发生后如何进行及时的救援成为了人们关注的问题。但是由于灾后地理环境复杂，还常常伴随着危险情况的发生，不仅影响了救援人员的行动，还有可能造成救援人员生命健康受到威胁。在救援人员自身安全得不到保证的情况下是很难进人现场开展救援工作的，此外，废墟中形成的狭小空间使得救援人员甚至搜救犬也无法进入，但救援机器人可以很好地解决以上问题。救援机器人可以在灾难发生后第一时间进人灾难现场寻找幸存者，对被困人员提供基本的医疗救助服务，进入救援人员无法进入的现场搜集相关信息并反馈给救援指挥中心等。近年来，为了满足救援工作的需要，国内外很多研究机构开展了大量的研究工作，可在灾难现场废墟中狭小空间内搜寻的各类机器人如可变形多态机器人、蛇形机器人等由此被开发出来.

一、研究意义

在21世纪的今天，伴随着自然灾害频发以及人类对生命安全问题的重视，使得人们对灾后如何展开高效、安全的救援更加重视。目前，在各种救灾方案中，大多数情况下救护人员无法第一时间进入危险区域的。如果贸然营救，不仅难以救出被困人员，还有可能造成救援人员生命健康受到为威胁。在这种紧急而危险的情况下，救援机器人可以为救援人员提供有效的帮助。因此，设计救援机器人用于危险而复杂的环境中搜索和营救幸存者是非常实用的。为了更安全和更高效的完成灾后救援工作，本次设计采用履带式机器人。履带式机器人具有牵引力大、不易打滑、越野性能好等优点，还可以搭载摄像头、探测器等设备，深入灾难现场，为救援人员提供灾难内部画面、信息等，以便于救援人员做出有效的救援方案，减少灾难带来的损失以及不必要的人员伤亡。

目前救援机器人主要优点有：1.机动性和搬运破拆能力强，而且通过电池补给可以连续工作，提高搜救效率;2.可以通过携带多种传感器，实现废墟内的图、声、气、温等检测，有效锁定受害者的位置;3.机器人救援可以辅助或替代救援人员，避免二次倒塌所带来的伤害，降低救援人员受伤的风险。

二、国内外研究现状及发展趋势

（1）国外研究现状

早在20世纪80年代，国外就已经有对机器人应用于救援工作的探讨。尤其是在9.11事件之后美国、日本等发达国家在地震、火灾等救援机器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各种可用于灾难现场救援的机器人.以牵引和运动方式的不同救援机器人主要可分为以下几类：

履带式机器人：从20世纪80年代起，国外就对小型履带式机器人开展了系统研究。其中影响较大的是美国的NUGV机器人、URBOT和Talon机器人。目前典型的履带式机器人有：日本千叶工业大学开发的小型机器人Quince，它体积小巧，裝配有4组履带式轮子以及6个电动马达。其机械臂可以递送食物或者其他补给。Quince最令人感兴趣的地方是它的传感器。它除了红外感应器外还携带了二氧化碳探测器，能够探测人体呼吸和体温状况，以便及时将被救者身体状况及时反映给救援人员。

轮式机器人：谷歌母公司Alphabet旗下机器人公司波士顿动力（Boston Dynamics）研发的一款两轮人形机器人“Handle”，它能载重、下蹲，甚至还能跳跃以跨过障碍物。

足式机器人：波士顿动力公司推出的SpotMini是一款灵活的机器人，能够处理物体，爬楼梯，并能在办公室，家庭和户外运作。典型的还有WildCat机器人，是世界上运行速度最快的四足机器人，由DARPA的Maximum Mobility and Manipulation项目提供资金，实现了高速下的Bound步态和Gallop步态奔跑，实验室跑步机上的速度为48km/h，实验室外速度为32km/h。

（2）国内研究现状

国内对救援机器人的研究起步较晚，但受到的重视程度较高，比如国家“十二五”科技支撑计划的重点项目“龙虾”救援机器人，同时也是目前世界上最大的救援机器人。每只臂上都有7个自由度，经过控制能够自由升降，同时还能模仿人的双臂展开全面的协调与配合工作，它还是油电双动力混合驱动。

我国对履带式机器人的研究也取得了一定成果，如北京航空航天大学研制的可重构履腿机器人、沈阳自动化研究所研制的CLMBER机构履腿机器人、北京理工大学研制的四履腿机器人等。由中国航天科工集团第四研究院探测与控制技术研究所研制的“排爆奇兵”机器人也是采用履带式传动，主要用于代替人类进行危险物搜索和排除，还能够适应野外的恶劣环境。

（3）发展趋势

近年来，救援机器人在抢险救灾过程中发挥着重要作用，同时，救援机器人也由半自主向着全自主方向发展。目前，救援机器人的研究热点是运动控制、人机交互以及传感检测技术。相信在不久的将来救援机器人能够完全代替人类从事危险的救援工作。

河南工学院 河南 新乡 453003