救災(zāi)機(jī)器人

　　研制背景

　　在世界各地，由于自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突發(fā)事故等原因，災(zāi)難經(jīng)常發(fā)生。在災(zāi)難救援中，救援人員只有非常短的時(shí)間(約48小時(shí))用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險(xiǎn)的環(huán)境下，救災(zāi)機(jī)器人可以為救援人員提供幫助。因此，將具有自主智能的救災(zāi)機(jī)器人用于危險(xiǎn)和復(fù)雜的災(zāi)難環(huán)境下“搜索和營救”(SAR)幸存者，是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)新興而富有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。

　　中國煤礦大多數(shù)為礦工開采，不安全因素很多，瓦斯煤塵和火災(zāi)等災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，災(zāi)害事故危害嚴(yán)重，傷害人員多，中斷生產(chǎn)時(shí)間長，損毀井巷工程或生產(chǎn)設(shè)備。然而，煤礦事故的救災(zāi)方式只是根據(jù)事故的類型確定救災(zāi)的方案，一般救護(hù)人員無法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，只能通過提升絞車、移動(dòng)式風(fēng)車等設(shè)備清除垃圾,向井下通風(fēng)，然后再搜救遇險(xiǎn)礦工。這種方式危險(xiǎn)性大，傷亡人數(shù)多，救災(zāi)周期長，往往效率低。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人將被應(yīng)用到煤礦救災(zāi)領(lǐng)域。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　Caterpillar可在瓦礫中蜿蜒行進(jìn)，頂部帶有的攝像機(jī)可尋找生還者機(jī)器人具有靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有較好的爬坡和越障能力，能適應(yīng)現(xiàn)場各種各樣的地理環(huán)境。比如，蛇形救災(zāi)機(jī)器人能適應(yīng)任何的復(fù)雜環(huán)境。

　　機(jī)器人的探測技術(shù)發(fā)展迅速，能迅速找到井下遇險(xiǎn)礦工的位置。機(jī)器人利用傳感器通過探測井下遇險(xiǎn)礦工的呻吟聲、體溫的變化及心臟跳動(dòng)的頻率的信息能找到他們的位置。其次，機(jī)器人的視頻探測器(CCD攝像頭)具有信息直觀、能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助控制等特點(diǎn)，可以將現(xiàn)場環(huán)境的圖像返回到救災(zāi)中心，為進(jìn)一步控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，制定下一步救災(zāi)的方案提供決策依據(jù)。機(jī)器人還能進(jìn)入井下區(qū)域，監(jiān)測事故現(xiàn)場(如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度)的變化，防止事故的二次發(fā)生。

　　機(jī)器人具有為井下遇險(xiǎn)礦工投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，能有效地減少遇險(xiǎn)礦工的傷亡人數(shù)。

　　發(fā)展現(xiàn)狀

　　InuktunExtreme可穿越困難地形以向生還者發(fā)出雙路音頻在國外，救災(zāi)機(jī)器人發(fā)展迅速，技術(shù)日益成熟，并進(jìn)入實(shí)用化階段，日本、美國、英國等已開始裝備使用。在災(zāi)難現(xiàn)場中，救災(zāi)機(jī)器人應(yīng)能迅速找到幸存者的位置。日本大阪大學(xué)研制出蛇形機(jī)器人，能在高低不平的模擬廢墟上前進(jìn)，其頂端帶有一部小型監(jiān)視器,身體部位安裝傳感器，可以在地震后的廢墟里尋找幸存者。美國iRobot公司研制了PackBot系列機(jī)器人，能適應(yīng)崎嶇不平的地形環(huán)境和爬樓梯，主要執(zhí)行偵察任務(wù)、尋找幸存者、勘探化學(xué)品泄漏等任務(wù)。InuKtun公司研制了機(jī)器人MicroVGTV，機(jī)身可變位，采用電纜控制，含有直視的彩色攝像頭，并帶有微型話筒和揚(yáng)聲器，可用于與壓在廢墟中的幸存者通話，適用于在小的孔洞和空間中執(zhí)行任務(wù)。除了前面的中小型救災(zāi)機(jī)器人，微型救災(zāi)機(jī)器人也正在研究中，美國加州大學(xué)伯克利分校研制出世界第一個(gè)蒼蠅機(jī)器人，通過裝在它腦袋上的微型傳感器與微型攝像機(jī)，可以到倒塌的建筑物廢墟底下或其他災(zāi)難場所尋找幸存者。

　　國內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　在國內(nèi)，災(zāi)機(jī)器人的研究剛剛起步，但進(jìn)展很快。中科院沈陽自動(dòng)化所在2002年研制了一種蛇形機(jī)器人，由16個(gè)單自由度關(guān)節(jié)模塊和蛇頭、蛇尾組成，在監(jiān)控系統(tǒng)的無線控制下可實(shí)現(xiàn)蜿蜒前進(jìn)、后退、側(cè)移、翻滾等多種動(dòng)作，并能通過安裝在蛇頭上的微型攝像頭將現(xiàn)場圖像傳回監(jiān)控系統(tǒng)。國防科技大學(xué)在2001年也研制了一種蛇形機(jī)器人。中國礦業(yè)大學(xué)在“211工程”的支持下，已開始研制煤礦救災(zāi)機(jī)器人。

　　“智能型聯(lián)合救災(zāi)機(jī)器人”是中國礦業(yè)大學(xué)楊勇、孫健銓、孫偉等5位在校學(xué)生，利用1年多的時(shí)間自行研制出來的，它集先進(jìn)的機(jī)械、電子、信息、控制工程等技術(shù)于一身，巧妙的將多種機(jī)器人進(jìn)行組合，用于搜索探測幸存者、清理災(zāi)害現(xiàn)場、勘探化學(xué)品泄漏、檢測井下環(huán)境等多種領(lǐng)域，具有體積小、成本低、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)。