安防机器人文献综述

安防机器人文献综述

汪洋

南京林业大学机电学院

近年来，随着智能机器人技术的不断发展，智能机器人的领域正在不断的扩大，世界上许多国家都在研制各种不同的危险作业机器人，如：军用机器人、扫雷机器人、排爆机器人和消防机器人等。救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人的特点。

在世界各地，由于自然灾害、恐怖活动和各种突发事故等原因，灾难经常发生。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间用于在倒塌的废墟中援救幸存者。在这种紧急而危险的环境下，救灾机器人可以为救援人员提供帮助，将具有自主智能的救灾机器人用于危险和复杂的灾难环境下“搜索和营救”(SAR)幸存者，是机器人学中的一个新兴而富有挑战性的研究课题[2]。在我国，石油化工等基础工业有了飞速的发展和进步，生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备以及管理等方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧，爆炸的事故隐患越来越多。并且由于煤矿大多数为人工开采，不安全因素很多，灾害事故危害重，伤害多，中断生产时间长，损毁井巷工程或生产设备。然而，煤矿事故中，一般救护人员无法进入危险区域，只能通过提升绞车、移动式风车等设备清除垃圾，向井下通风，然后再搜救遇险矿工。这种方式危险性大，救灾周期长，往往效率低而伤亡人数多。随着科技的发展，机器人也将被应用到煤矿救灾领域。

同时，随着工业化、城市化、市场化建设进程加快，高层建筑、地下空间、石油化工易燃易爆场所大量涌现，火灾发生的机率和危险性、复杂性、扑救难度空间增大，特别是有些地方盲目地搞一些违规建设，这个区域里火灾发生比较多，已成为现实生活中的严重问题。一旦事故发生，假如没有有效的方法、装备及设施，救援人员将无法进入事故现场，而要冒然采取行动，往往只会造成生命的无辜牺牲,付出惨重代价，采用机器人，可以替代消防队员接近火灾现场实施有效的灭火救援作业，开展各项火场侦察任务，尤其是在危险性大或者消防队员不易接近的场合。机器人的应用将大大提高消防部门扑灭恶性火灾的能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡具有重要的作用。

为了更好地应对各种自然灾害和人为灾害中的抢险救灾工作，急需一款集多种场合下抢险救灾功能为一体的多功能智能安防机器人。

我国大约有30家左右的高等院校和研究院所在从事各类机器人的研究工作，在40多年来，已在机器人的感觉识别，操作、移动技术，人机接口技术,智能化技术等方面取得了可喜的成就。部分科研成果,如工业装配、焊接、喷涂，搬运、探伤、水下作业、过程测量机器人已进入实用阶段，某些控制、传动元器件的产品技术已接近国际先进水平。

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。如蛇形机器人，旨在用于非结构环境中探测和灾难救援作业。该蛇形机器人可以根据地面状况采用蜿蜒、伸缩、侧移和翻滚等多种运动步态，在监控系统的无线控制下，具有一定的三维运动能力，并可通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图像传回监控系统。在蛇形机器人研究的基础上，从模块化、可重构和自动变形的角度研制出了一种履带式灾难救援可变形模块机器人样机，该三模块机器人具有9种运动构形和3种对称构形，具有直线、三角和并排等多种形态；而其研制的水面救援机器人，可以在l km范围内，对其进行无线控制。由沈阳自动化所和广州卫富公司承担的“危险作业机器人”课题，成功研制出能完成反恐、防暴等综合任务的“危险作业机器人”产品样机；

沈阳自动化研究所最近研制出的基于复合机构的非结构环境移动机器人，它能够在高低不平、障碍物和楼梯等复杂多变的环境中使用，适用于探测、排查、搬运、消防和销毁等危险作业。2005年9月l2日，“中日救援及安全机器人技术研究中心”在沈阳揭牌成立，该中心由中国科学院沈阳自动化研究所与日本国际灾难救援系统研究院合作成立，旨在实现强强联合，推动机器人技术在灾难救援中的应用。

2009年5月，中科院沈阳自动化所机器人学国家重点实验室与中国地震应急搜救中心联合研制的40kg级旋翼飞行机器人公开亮相，该机器人成功完成自主起飞、空中悬停、航迹点跟踪飞行、超低空信息获取、自主降落等科目，实现了对地震废墟区域的快速信息获取与实时影像回传。

2009年12月沈阳新松机器人公司研制出了国内首台具有生命探测功能的井下探测救援机器人。该机器人上的拾音器可以捡拾呼救声音，红外热成像仪可以探测到人体，机器人还可以配载食品、水、急救包等物品。

抢险救援机器人的研制正在国内蓬勃发展，并受到政府的极大重视，“救灾救援危险作业机器人”项目被列为国家“863”计划重点项目。

国际上较早开展安防机器人研究的是美国和前苏联，稍后，英国、日本、法国、德国、等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。灾难救援机器人技术正从理论和试验研究向实际应用发展。在2005年6月份日本神户召开的IEEE安全、防卫、救援国际研讨会(IEEE SSRR’05)上，会议的主旨定为：“在今后的减灾和救援中，机器人作为一种有效的手段，将成为社会基础设施中不可缺少的部分”。

日本作为一个多核能、多地震国家，在救援机器人方面开展了相对全面的工作。日本东京工业大学的广濑是最早从事救援机器人研究的学者之一，他所领导的广濑研究室，从仿生的角度和基于超机械系统的思想先后研制了“ACM”，“GENBU”与“SORYU”等多系列救援机器人样机；日本电气通信大学忪野文俊研究室研制出的信息搜集用机器人“MA．1”；冈山大学大学院自然科学研究科永谷圭司研制出的不平整地面移动救援机器人“RESDOG”，它底部的履带支撑为多个从动三角形辊架，具有较好的灵活性以适应地形；日本神户大学高森年等研制的UMRS系列机器人，可以将机器人用于废墟瓦砾中的探察作业。

美国在9.11事件之后，开始日益重视抢险救灾机器人。Inuktun公司的Micro Traces体积小，质量轻，十分适用于救援作业；Foster-Miller公司的Talon，SOLEM 和Urbot具有很好的传感和承载能力，且速度快。SOLEM 被用于废墟堆中的作业，Talon和Urbot被用于建筑物的内部检测。在美国，多个高校的研究中心、国家研究机构和公司也同时进行了救援机器人的研究。南佛罗里达大学灾难救援机器人研究中心MURPHY 等研制出安装有医学传感器的救援机器人Bujold底部采用可变形履带驱动具有较高的运动和探测能力，同时机器人能够在灾难现场获取幸存者的生理信息和环境信息，并将其传送到外界。加利福尼亚工业大学HELMICK等研制出的多传感器救援机器人，该种机构结构简单易控，具有快速爬楼梯的能力。南加利福尼亚大学SHEN 等研制出的一种模块化可重构的救援机器人CONRO，它可以根据灾难现场环境的需要重组成蛇形、六足形及环行等多种构形。

灾难救援机器人研究逐步从试验研究转入到实际应用，多种技术融合化、多智能体网络化是今后灾难救援机器人研究的发展方向。防灾、减灾和救灾事关人民生命和财产安金，是国家公共安全的重要组成部分。救援机器人技术是国家发展迫切需要的战略必争的核心技术之一，将在国民经济和安全中起着重要作用并具有重大的战略意义。

参考文献：

1、李琦等.机器人创新设计与制作.北京：中国农业大学出版社，2012.10

2、马香峰.工业机器人的操作机设计.北京：冶金工业出版社，1996.