研製背景
在世界各地,由於自然災害、恐怖活動和各種突發事故等原因,災難經常發生。在災難救援中,救援人員只有非常短的時間(約48小時)用於在倒塌的廢墟中尋找倖存者,否則發現倖存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險的環境下,救災機器人可以為救援人員提供幫助。因此,將具有自主智慧型的救災機器人用於危險和複雜的災難環境下“搜尋和營救” ( SAR)倖存者,是機器人學中的一個新興而富有挑戰性的領域。中國煤礦大多數為礦工開採,不安全因素很多,瓦斯煤塵和火災等災害事故頻繁發生,災害事故危害嚴重,傷害人員多,中斷生產時間長,損毀井巷工程或生產設備。然而,煤礦事故的救災方式只是根據事故的類型確定救災的方案,一般救護人員無法進入危險區域,只能通過提升絞車、移動式風車等設備清除垃圾,向井下通風,然後再搜救遇險礦工。這種方式危險性大,傷亡人數多,救災周期長,往往效率低。隨著科技的發展,機器人將被套用到煤礦救災領域。
優點
機器人具有靈活性好、機動性強的特點,有較好的爬坡和越障能力,能適應現場各種各樣的地理環境。比如,蛇形救災機器人能適應任何的複雜環境。
機器人的探測技術發展迅速,能迅速找到井下遇險礦工的位置。機器人利用感測器通過探測井下遇險礦工的呻吟聲、體溫的變化及心臟跳動的頻率的信息能找到他們的位置。其次,機器人的視頻探測器(CCD攝像頭)具有信息直觀、能實現計算機輔助控制等特點,可以將現場環境的圖像返回到救災中心,為進一步控制機器人的運動方向,制定下一步救災的方案提供決策依據。機器人還能進入井下區域,監測事故現場(如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度)的變化,防止事故的二次發生。
機器人具有為井下遇險礦工投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能,能有效地減少遇險礦工的傷亡人數。
發展現狀
國外研製現狀
在國外,救災機器人發展迅速,技術日益成熟,並進入實用化階段,日本、美國、英國等已開始裝備使用。在災難現場中,救災機器人應能迅速找到倖存者的位置。日本大阪大學研製出蛇形機器人,能在高低不平的模擬廢墟上前進,其頂端帶有一部小型監視器,身體部位安裝感測器,可以在地震後的廢墟里尋找倖存者。美國iRobot公司研製了PackBot系列機器人,能適應崎嶇不平的地形環境和爬樓梯,主要執行偵察任務、尋找倖存者、勘探化學品泄漏等任務。InuKtun公司研製了機器人MicroVGTV,機身可變位,採用電纜控制,含有直視的彩色攝像頭,並帶有微型話筒和揚聲器,可用於與壓在廢墟中的倖存者通話,適用於在小的孔洞和空間中執行任務。除了前面的中小型救災機器人,微型救災機器人也正在研究中,美國加州大學伯克利分校研製出世界第一個蒼蠅機器人,通過裝在它腦袋上的微型感測器與微型攝像機,可以到倒塌的建築物廢墟底下或其他災難場所尋找倖存者。
國內研究現狀
在國內,災機器人的研究剛剛起步,但進展很快。中科院瀋陽自動化所在2002年研製了一種蛇形機器人,由16個單自由度關節模組和蛇頭、蛇尾組成,在監控系統的無線控制下可實現蜿蜒前進、後退、側移、翻滾等多種動作,並能通過安裝在蛇頭上的微型攝像頭將現場圖像傳回監控系統。國防科技大學在2001年也研製了一種蛇形機器人。中國礦業大學在“211工程”的支持下,已開始研製煤礦救災機器人。
“智慧型型聯合救災機器人”是中國礦業大學楊勇、孫健銓、孫偉等5位在校學生,利用1年多的時間自行研製出來的,它集先進的機械、電子、信息、控制工程等技術於一身,巧妙的將多種機器人進行組合,用於搜尋探測倖存者、清理災害現場、勘探化學品泄漏、檢測井下環境等多種領域,具有體積小、成本低、可控性強等特點。
套用
救災機器人搜救隊
羅賓•墨菲的團隊從9•11時間之後一直待命;主角機器人的第一次任務是在世貿中心徹底對瓦礫進行徹底搜尋。從那時起,這種遙控偵察裝置就在世界範圍內被部署於土石流、塌方的礦井以及坍塌的建築。2009年夏天,墨菲為他的小隊在德州A&M的災難之城為暴風雪季節熱身,那是一塊52英畝的用於有準備訓練的建築殘骸。她還測試了一項微軟支持 “倖存者夥伴” 的方案,通過提供水以及向親人傳送實時視頻/音頻,撫慰被困受災者。
城市救災
城市環境中人口城市化和城市人口密集現象加劇,高層建築、地下工程、大型商貿場所、文化娛樂場所迅猛發展,城市建築物不斷增加,使得城市建築環境中的搜救作業十分複雜。在一些危險性大的災難中,如隨時會引發爆炸的火災現場,有易燃、易爆或劇毒氣體存在的現場,地震後存在易二次倒塌建築物的現場,施救人員無法深入進行偵察或施救,人們急於探知災難現場的內部險情,但又不敢或無法接近或進入災難現場。此時,救援機器人的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡,它們不但能夠幫助工作人員執行救援工作,而且能夠代替工作人員執行搜救任務,在災難救援中起著越來越重要的作用。
塌方救災
遇到地震、火災或塌方等,經常會出現人不能親自到一些危險地方實施救援的情況,於是往往會想到讓機器人來完成這些艱巨任務。不過一般機器人行動都不太利落,遇到障礙物通常只能繞道而行,由東京技術學院副教授蘇卡格斯及其團隊開發出來的滾腿機器人有輪子,可在平坦的地面上滾動。它還有一個充氣的圓筒腿,可以蹦3英尺多高,碰到不高的障礙物,能輕易地蹦過去。
火場救災
消防機器人在高溫、強熱輻射、濃煙、地形複雜、障礙物多、化學腐蝕、易燃易爆等惡劣環境中進行火場偵察,化學危險品探測、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業,因此,作為某種特定功能的消防機器人具備以下某項或幾項行走和自衛功能:a.登爬坡、登梯及障礙物跨越功能; b.耐高溫和抗熱輻射功能; c.防雨淋功能;d.防爆(隔爆)功能; e.防化學腐蝕功能; f.防電磁干擾功能; g.遙控功能等。