灾难救援机器人研究现状及机器人路径规划
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多救援机器人之间的通讯, 受到废墟遮挡的影响, 目前还不能够很 好地在救援机器人系统中实现, 但是它也是迫切需要解决的问题 之一。
1.4 灾难救援机器人关键性能
机器人的作业能力是机器人的存活能力、 运动能力、感知能力、通信能力和人机交互 有机结合的体现,它主要包括以下几个方面：
勘探 搜寻 救助
……
1.4 灾难救援机器人关键性能
救援机器人的关键性能主要有以下几个方面: 存活能力 运动能力 感知能力 通讯能力 作业能力。
1.4 灾难救援机器人关键性能
存活能力:
救援机器人的存活能力主要是机器人本体的可靠性、耐用性和 适应性问题。灾难后环境中存在毒气、毒液、生化、放射性、非 常温和二次倒塌等危险, 机器人对环境的适应特别重要。在温度 方面,灾难后环境存在高温可能, 机器人本体必须能够克服条件的 影响, 设计时在材质的选择上需要进行周密的考虑。
灾难救援环境对机器人的运动能力要求较高,机器人移动平台十 分重要。
机器人必须不断地翻越各种垂直的障碍物, 平台的稳定性和自调 整能力很重要, 要尽可能避免由从高度坠下而将机器人摔碎。目 前解决这些困难的方法是设计一种蛇形机构, 这种机构已被证实 是有效的搜救机构之一。
灾难后环境存在松软的灰土地面、由于消防用水或漏水导致的泥 泞路面及坎坷不平的废墟地面等多种地面地形, 机器人必须具有 高度的地面适应性能, 在轮式、履带式和腿式等移动机构当中,履 带、轮、腿复合的复合移动机构将被广泛采用。
川崎市为该项目建立了公用试验场地,并建立了国际救 援系统研究所。
目的是实现在非常困难的大规模灾害救援活动中, 即使 是在混乱中也能对进行情报收集和判断, 根据灾害状况 进行最优的救助。
计划中主要研究工作有对机器人、智能传感器、携带终 端装置和人机接口等进行研究开发, 进行能动地、智能 地情报收集, 用网络进行情报的传递、汇总和归纳等。
1.4 灾难救援机器人关键性能
感知能力:
对救援机器人而言, 救援机器人的传感器是最脆弱的元件, 它主要 有三个方面的传感要求对机器人的控制、对环境的检测和对遇难 者的发现。
机器人的控制方面, 为了让机器人正常工作, 必须对机器人的位置、 姿态、速度和系统内部状态等进行检测, 系统可以采用传统机器 人的摄像机、激光测距仪、超声测距仪、接触和接近传感器、红 外线传感器和雷达定位传感器等。
1.5 灾难救援机器人发展方向
1、多种技术融合化
1.5 灾难救援机器人发展方向
2、多智能体网络化
2.什么是路径规划
2.1 定义
依据某种最优准则，在工作空间中寻找一条从起始状 态到目标状态的避开障碍物的最优路径。
1.1日本的研究
日本东京工业大学的 广獭是最早从事救援 机器人研究的学者之 一, 从仿生的角度和基 于超机械系统的思想 先后研制了多系列救 援机器人样机。
1.1日本的研究
一些大公司也介入了救援 机器人的研究和开发, 他 们通常采用与研究所或和 大学进行合作的形式进行 研究, 一方面企业为研究 所提供必要的研究资金和 试验场地, 同时企业还为 研究成果的产品化提供通 往市场的桥梁
在救援机器人的能源供给方面, 需要采用有线和无线相结合的方 式, 以保障救援机器人足够的动力和工作时间。
应该具有自适应能力, 具有预见能力。它们应该能适应环境, 适合 完成挑战性的工作, 并且具有智能以至于能够应对由各种不稳定 和不确定的因素所引起的干扰。
1.4 灾难救援机器人关键性能
运动能力:
1.3中国的研究
提出围绕奥运会和世博会的安保工作, 研发我国的立体安全保卫装备系统的 建议， 具体是研究开发适用于地面、 墙面、涵道的先进探测机器人、超小 型飞行器、浅水潜游探测机器人, 形 成能对奥运会的运动场馆、世博会的 会展现场以及重要设施和场所进行全 方位立体的危险品探测以及对重要场 所进行立体应急处理安全保卫装备系 统。
在863计划资助下, 中国科学院沈阳自 动化研究所开展了多项危险作业和极 限作业机器人研究,其中救援机器人是 重要的一个部分。
1.3其它国家的研究
意大利罗马大学系统科 学与工程学院人工智能 实验室启动了“ 救援工 程”
加拿大国防部从国防安 全的角度制定了救援机 器人研究计划
英国、伊朗等国也涌现 了许多救援机器人研究 者和救援机器人比赛的 参与者
灾难救援机器人研究现状 及路径规划概述
主要内容
1.灾难救援机器人研究现状 2.什么是路径规划 3.路径规划的常用方法 4.人工势场法
1.1日本的研究
2002年开始, 日本文化科学部确立了“ 大都市大震灾减 灾特别计划” 的研究计划,进一步开发在地震中使用的 救援机器人。 研发内容包括用于观察灾难环境的机器 人系统、传感技术、人类接口技术和系统集成
如图所示的五种机器人分 别为东芝、三菱重工等公 司研制。
1.2美国的研究
“ 9.11” 事件后, 灾难救援机 器人技术在美国日益受到重视。 “9.11 ” 事件的灾难现场救援 认为是灾难救援机器人的第一 次实际应用。
在纽约世界贸易中心遭到恐怖 袭击发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ后几小时, 美国“ 机器 人辅助搜救中心” 应纽约市紧 急事务管理办公室要求, 立即组 织了一支由机器人专家和生产 厂家技术人员构成的队伍。
通信能力:
操作人员和机器人之间的通信、操作人员和遇难者之间的通信和 多救援机器人之间的通信。所有的通信通常采用无线的方式。
理想的情况是自主机器人具有通过灾难现场一切环境的能力, 对 遇难者进行定位,与救援队伍进行通讯和联系实际上, 这里包含了 大量的软件处理与计算, 机器人自身难以独立完成,人机交互的介 入是必要和必须的。
新的技术如数字温度摄像机具有很好的识别能力, 但是对操作者 具有很高的要求。地面穿透雷达、微波雷达、激光探测仪具有很 好的效果, 但是系统的花费和能量消耗均较多, 另外的一种可能就 是利用人工智能技术、纳米技术或仿生技术来开发价格低传感器。
救援机器人多传感器之间存在信息的处理和融合问题。
1.4 灾难救援机器人关键性能
1.4 灾难救援机器人关键性能
机器人的作业能力是机器人的存活能力、 运动能力、感知能力、通信能力和人机交互 有机结合的体现,它主要包括以下几个方面：
勘探 搜寻 救助
……
1.4 灾难救援机器人关键性能
救援机器人的关键性能主要有以下几个方面: 存活能力 运动能力 感知能力 通讯能力 作业能力。
1.4 灾难救援机器人关键性能
存活能力:
救援机器人的存活能力主要是机器人本体的可靠性、耐用性和 适应性问题。灾难后环境中存在毒气、毒液、生化、放射性、非 常温和二次倒塌等危险, 机器人对环境的适应特别重要。在温度 方面,灾难后环境存在高温可能, 机器人本体必须能够克服条件的 影响, 设计时在材质的选择上需要进行周密的考虑。
灾难救援环境对机器人的运动能力要求较高,机器人移动平台十 分重要。
机器人必须不断地翻越各种垂直的障碍物, 平台的稳定性和自调 整能力很重要, 要尽可能避免由从高度坠下而将机器人摔碎。目 前解决这些困难的方法是设计一种蛇形机构, 这种机构已被证实 是有效的搜救机构之一。
灾难后环境存在松软的灰土地面、由于消防用水或漏水导致的泥 泞路面及坎坷不平的废墟地面等多种地面地形, 机器人必须具有 高度的地面适应性能, 在轮式、履带式和腿式等移动机构当中,履 带、轮、腿复合的复合移动机构将被广泛采用。
川崎市为该项目建立了公用试验场地,并建立了国际救 援系统研究所。
目的是实现在非常困难的大规模灾害救援活动中, 即使 是在混乱中也能对进行情报收集和判断, 根据灾害状况 进行最优的救助。
计划中主要研究工作有对机器人、智能传感器、携带终 端装置和人机接口等进行研究开发, 进行能动地、智能 地情报收集, 用网络进行情报的传递、汇总和归纳等。
1.4 灾难救援机器人关键性能
感知能力:
对救援机器人而言, 救援机器人的传感器是最脆弱的元件, 它主要 有三个方面的传感要求对机器人的控制、对环境的检测和对遇难 者的发现。
机器人的控制方面, 为了让机器人正常工作, 必须对机器人的位置、 姿态、速度和系统内部状态等进行检测, 系统可以采用传统机器 人的摄像机、激光测距仪、超声测距仪、接触和接近传感器、红 外线传感器和雷达定位传感器等。
1.5 灾难救援机器人发展方向
1、多种技术融合化
1.5 灾难救援机器人发展方向
2、多智能体网络化
2.什么是路径规划
2.1 定义
依据某种最优准则，在工作空间中寻找一条从起始状 态到目标状态的避开障碍物的最优路径。
1.1日本的研究
日本东京工业大学的 广獭是最早从事救援 机器人研究的学者之 一, 从仿生的角度和基 于超机械系统的思想 先后研制了多系列救 援机器人样机。
1.1日本的研究
一些大公司也介入了救援 机器人的研究和开发, 他 们通常采用与研究所或和 大学进行合作的形式进行 研究, 一方面企业为研究 所提供必要的研究资金和 试验场地, 同时企业还为 研究成果的产品化提供通 往市场的桥梁
在救援机器人的能源供给方面, 需要采用有线和无线相结合的方 式, 以保障救援机器人足够的动力和工作时间。
应该具有自适应能力, 具有预见能力。它们应该能适应环境, 适合 完成挑战性的工作, 并且具有智能以至于能够应对由各种不稳定 和不确定的因素所引起的干扰。
1.4 灾难救援机器人关键性能
运动能力:
1.3中国的研究
提出围绕奥运会和世博会的安保工作, 研发我国的立体安全保卫装备系统的 建议， 具体是研究开发适用于地面、 墙面、涵道的先进探测机器人、超小 型飞行器、浅水潜游探测机器人, 形 成能对奥运会的运动场馆、世博会的 会展现场以及重要设施和场所进行全 方位立体的危险品探测以及对重要场 所进行立体应急处理安全保卫装备系 统。
在863计划资助下, 中国科学院沈阳自 动化研究所开展了多项危险作业和极 限作业机器人研究,其中救援机器人是 重要的一个部分。
1.3其它国家的研究
意大利罗马大学系统科 学与工程学院人工智能 实验室启动了“ 救援工 程”
加拿大国防部从国防安 全的角度制定了救援机 器人研究计划
英国、伊朗等国也涌现 了许多救援机器人研究 者和救援机器人比赛的 参与者
灾难救援机器人研究现状 及路径规划概述
主要内容
1.灾难救援机器人研究现状 2.什么是路径规划 3.路径规划的常用方法 4.人工势场法
1.1日本的研究
2002年开始, 日本文化科学部确立了“ 大都市大震灾减 灾特别计划” 的研究计划,进一步开发在地震中使用的 救援机器人。 研发内容包括用于观察灾难环境的机器 人系统、传感技术、人类接口技术和系统集成
如图所示的五种机器人分 别为东芝、三菱重工等公 司研制。
1.2美国的研究
“ 9.11” 事件后, 灾难救援机 器人技术在美国日益受到重视。 “9.11 ” 事件的灾难现场救援 认为是灾难救援机器人的第一 次实际应用。
在纽约世界贸易中心遭到恐怖 袭击发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ后几小时, 美国“ 机器 人辅助搜救中心” 应纽约市紧 急事务管理办公室要求, 立即组 织了一支由机器人专家和生产 厂家技术人员构成的队伍。
通信能力:
操作人员和机器人之间的通信、操作人员和遇难者之间的通信和 多救援机器人之间的通信。所有的通信通常采用无线的方式。
理想的情况是自主机器人具有通过灾难现场一切环境的能力, 对 遇难者进行定位,与救援队伍进行通讯和联系实际上, 这里包含了 大量的软件处理与计算, 机器人自身难以独立完成,人机交互的介 入是必要和必须的。
新的技术如数字温度摄像机具有很好的识别能力, 但是对操作者 具有很高的要求。地面穿透雷达、微波雷达、激光探测仪具有很 好的效果, 但是系统的花费和能量消耗均较多, 另外的一种可能就 是利用人工智能技术、纳米技术或仿生技术来开发价格低传感器。
救援机器人多传感器之间存在信息的处理和融合问题。
1.4 灾难救援机器人关键性能