救援机器人

2005年中科院沈阳自动化研究所与日本国际救 援系统研究院联合成立的中日救援与安全机器人
技术研究中心，在沈阳揭牌成立，这标志着我国
的搜救机器人研究进入了一个更加快速发展的时
期。
图 1-1 日本研究院救灾机器人
图 1-2 中科院救灾机器人
国防科技大学在2001 年研制了一种蛇形机器人， 长1.2米、直径0.06米、重 1.8公斤，能像蛇一样扭动 身躯，可前进、后退、拐 弯和加速，其最大速度每 分钟可达20米，头部是机 器人的控制中心。
图3-1为cmu研制安装的蛇形机器人。 图3-2为日本大阪大学研制的蛇形机器人。 图3-3为美国加州大学伯克利分校研制的身高不足 2cm的苍蝇救援机器人。
3-1 CMU研制的基于移动 平台的蛇形机器人
3-2 日本大阪大学研制的 蛇形机器人
3-3加州大学伯克利分校 研制的苍蝇机器人
2.4 我国的研究现状
图 1-3 蛇形机器人
2006年6月，由中国矿业大学 可靠性与救灾机器人研究所研 制的国内首台煤矿搜救机器人 （样机）诞生。这台搜救机器 人采用自主避障和遥控引导相 结合的行走控制方式，它能够 深入事故矿井，探测前方的火 灾温度、瓦斯浓度、灾害场景、 呼救声讯等信息。同时，搜救 机器人携带了急救药品、食物、 生命维持液和简易自救工具。
物等作业的需要，在传统的轮式移动机器人的基
础上发展起来的。图1-1给出了目前国际上几家著
名机器人公司的典型产品，他们主要是为了满足 军事需要而开发的．体积普遍偏大，不太适合在 倒塌的建筑物废墟中狭小空间内搜寻幸存者。
（a）Foster-Miller公司 （b）Inuktun公司的 的SOLEM机器人 Minitrac机器人 图 1-1
3.3
人机通讯方式
目前常用的通信方式有 无 线 和 电 缆 两种方式。 电缆方式可以稳定可靠地实现机器人和操作者之间的信
息传送。但电缆方式也存在一定的问题，随着机器人搜寻 范围的深入，线缆很容易发生缠绕而影响机器人的移动性。 研制收放灵活的电缆卷绕装置是解决目前有线通信方式机 器人通讯问题的关键。
2、国内外研究现状
近十几年来，尤其是“911”事件之后，美国、 日本等西方发达国家在地震、火灾等救援机器人 的研究方面做了大量的工作。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：
1、履带式救援机器人
2、可变形(多态)救援机器人
3、仿生救援机器人
2.1
履带式救援机器人
履带式机器人是为了满足军事侦察、拆除危险
无线通讯方式的稳定性较难保证，即使在穿透性能最佳
的频段，也会由于带宽及各种干扰的影响使得通讯无法正 常进行。“911”事件的救援工作证明，无线方式的机器 人大约有25％以上的时间无法正常通讯。稳定可靠的通讯 方式是当前救援机器人领域需要很好解决的关键问题之一。
3.4 传感器融合
由于救援现场环境的复杂性，对传统的室内 结构化环境下传感器数据的处理算法不能满足救 援工作的需要。如通过视频图像对幸存者的检测， 由于灰尘、烟雾等的影响使得识别变得非常困难， 通过检测到声音的方向辨别幸存者的方位，也由 于现场噪音的影响而变得很困难。因此，为了完 成搜索并发现幸存者，必须通过多种传感器数据 的融合，研究更加有效的识别算法。
3.2 传感检测装置
救援机器人的主要工作就是通过传感器实现 自身的导航、环境信息的获取以及幸存人员的搜 寻。由于灾难现场环境的复杂性及不确定性，传 统在室内结构化环境中已较成熟的导航算法无法 满足救援工作的要求，传统的声纳、激光测距仪 等在充满烟雾和灰尘的环境中也很难取得理想的 效果。目前救援机器人主要采用人工控制方式来 实现机器人的导航。
（c）SPAWAR的 urbot机器
2.2 可变性（多态）救援机器人
为进入狭小空间，要求机器人的体积尽可能 小，但体积小了搜索视野就会受到限制，为解决 这个矛盾，，近年来在传统牵引式救援机器人平 台基础上，研制出了形态可变的履带式多态救援 机器人
图2-1 为美国Irobot公司生产的Packbot系列机器人， packbot机器人有一对鳍形前肢，这对鳍形前肢可以帮助 崎岖的地面上导航，也可以升高感知平台以便更好观察。 图2-2 为加拿大inuktun公司MicroVGTV 多态救援机器人， 他可以根据搜索通道的大小及搜寻范围的远近灵活地调整 形状和尺寸。
1、引 言

地震、火灾、矿难等灾难发生后，在废墟 中搜寻幸存者．给予必要的医疗救助，并尽快 救出被困者是救援人员面临的紧迫任务。实际 经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存 者存活的概率变得越来越低。 由于灾难现场情况复杂，救援人员自身安 全得不到保证，废墟中形成的狭小空间使救援 人员甚至救援犬也无法进入。灾难救援机器人 可以很好地解决上述问题。
3、救援机器人关键技术问题
3.1移动性／机械机构
移动性是救援机器人完成救援工作的决定因 素。机器人移动平台应该能够在恶劣废墟环境中 灵活地穿梭于狭小的空间之中，能够翻越障碍， 爬楼梯，穿越泥泞的道路等，且机器人的移动不 应对周围不稳定结构产生影响，以免发生二次坍 塌或爆炸等。此外，机器人还应该具备适应恶劣 环境的能力，具有防水、耐高温等能力。
(a)正常状态
图2-1 美国Irobot公司 packbot多态救援机器人
（b）直立状态
（a）平躺状态
（Baidu Nhomakorabea）半直立状态
（c）直立状态
图2-2
加拿大Inuktun公司Micro VGTV多态救援机器人
2.3 仿生救援机器人
虽然履带式可变形多态机器人可根据搜索空 间的大小改变其形状和尺寸，但受驱动方式的限 制，其体积不可能做得很小。为了满足对更狭小 空间搜索的需要，人们根据生态学原理研制了各 种体积更小的仿生机器人，其中蛇形机器人就是 其中很重要的一类。