救災(zāi)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用及發(fā)展

盧學(xué)燕

(西北師范大學(xué),甘肅蘭州 730070)

救災(zāi)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用及發(fā)展

盧學(xué)燕

(西北師范大學(xué),甘肅蘭州 730070)

救災(zāi)機(jī)器人是機(jī)器人研究中的一個(gè)新興發(fā)展領(lǐng)域，其屬于危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人中的一個(gè)分支，具備了危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人的所有特點(diǎn)。其往往具備多功能作用，可以在救災(zāi)現(xiàn)場自由行駛、傳遞信號(hào)，并能自動(dòng)向幸存者提供食品物資，減少受災(zāi)人員和救援人員的傷亡，為救災(zāi)工作做出巨大的貢獻(xiàn)。正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，救災(zāi)機(jī)器人被越來越廣泛地投入到救災(zāi)活動(dòng)中。基于此，本文將全面介紹救災(zāi)機(jī)器人，并總結(jié)出其在救災(zāi)活動(dòng)中的可行性。

救災(zāi)機(jī)器人 研究現(xiàn)狀

天災(zāi)人禍往往是一種不可抗拒的力量，由于自然災(zāi)害、公共安全事件等因素而造成的災(zāi)難時(shí)常發(fā)生，在救災(zāi)活動(dòng)中，救援人員需在短短48小時(shí)之內(nèi)找到受災(zāi)者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的概率將會(huì)大大降低。在此環(huán)境下，救災(zāi)機(jī)器人給予了救援人員很大的幫助，讓搜救成功的概率大大提高，同時(shí)也減少了救援人員的傷亡。因此，救災(zāi)機(jī)器人未來的發(fā)展趨勢大多投入到地震、煤礦坍塌、火災(zāi)等的救援中，為救災(zāi)工作提供安全保障。

1 救災(zāi)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

救災(zāi)機(jī)器人在國外發(fā)展迅速，技術(shù)上也相對(duì)成熟，并已進(jìn)入了實(shí)用化的階段，尤其是在美國、英國、日本等發(fā)達(dá)國家，其已經(jīng)開始成批裝備使用。

救災(zāi)機(jī)器人最大的作用之一就是能夠在救援現(xiàn)場迅速找到幸存者的具體位置。最早由日本研發(fā)的蛇形機(jī)器人，能在高低不平的路面上行進(jìn)，利用其頂端的攝像頭和身體部位的傳感器，在廢墟中找到幸存者。美國也研制了類似的能在崎嶇不平的環(huán)境中爬樓梯執(zhí)行偵察任務(wù)的救災(zāi)機(jī)器人，不僅可以有效找到幸存者的位置，同時(shí)還能檢測到化學(xué)物品是否泄漏[1]。其研究的另一大進(jìn)展是微型機(jī)器人的研發(fā)，美國成功研發(fā)出世界上第一個(gè)蒼蠅機(jī)器人，其頭部裝有微型傳感器和攝像機(jī)，能夠在建筑物廢墟中找到幸存者。美國現(xiàn)特別發(fā)明了一種交互式救災(zāi)機(jī)器人—賽門，可以偵測出周遭人的情緒反應(yīng)，未來還會(huì)增加溝通能力，在災(zāi)難現(xiàn)場，其獨(dú)具的交互式溝通能力，還可慰藉受災(zāi)民眾。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

與發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)機(jī)器人研究雖起步較晚，但發(fā)展日趨迅速。02年，我國研制出第一臺(tái)蛇形機(jī)器人，其由16個(gè)單自由度的關(guān)節(jié)模塊和蛇頭、蛇尾組成，在監(jiān)控系統(tǒng)的無線控制下能夠完成前進(jìn)、翻滾、側(cè)移等動(dòng)作，并通過裝設(shè)在蛇頭部分的攝像頭把現(xiàn)場的圖像傳回監(jiān)控系統(tǒng)。13年，我國自主研發(fā)的救災(zāi)智能雙臂機(jī)器人“小龍蝦”在廬山地震中發(fā)揮了顯著的作用，其每只機(jī)械臂有七個(gè)自由度，可自由升降，并模仿人的雙臂進(jìn)行無死角的協(xié)調(diào)及配合作業(yè)，還能實(shí)現(xiàn)輪履兩用驅(qū)動(dòng)行駛。另外，它還可以油電雙動(dòng)力切換驅(qū)動(dòng)雙臂，并能進(jìn)行生命探測、圖像傳輸、故障自診等。在廬山地震中還使用了可變形搜救機(jī)器人、機(jī)器人化生命探測儀和旋翼無人機(jī)三款機(jī)器人。我國現(xiàn)對(duì)機(jī)器人研制的投入力度急劇加大，中國已成為世界最大的機(jī)器人市場。

2 救災(zāi)機(jī)器人的應(yīng)用

2.1 在煤礦救災(zāi)中的應(yīng)用

在我國，由于采礦大多數(shù)都是由礦工進(jìn)行開采，礦井中的不安全因素又很多，在出現(xiàn)瓦斯爆炸和火災(zāi)等災(zāi)害事故后，不但會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還會(huì)造成重大的人員傷亡，損失慘重。由于煤礦的安全事故發(fā)生的原因極其復(fù)雜，并且存在突發(fā)性、災(zāi)難性和破壞性的特點(diǎn)，因此，救災(zāi)機(jī)器人應(yīng)用到煤礦救災(zāi)中具有十分顯著的意義。

2.2 在地震救災(zāi)中的應(yīng)用

救災(zāi)機(jī)器人還被大量投入到地震救災(zāi)中，由于近幾年我國地震頻發(fā)，加速了地震救災(zāi)機(jī)器人的研發(fā)，現(xiàn)已成功研發(fā)出地震搜索與輔助救援的機(jī)器人，該系列機(jī)器人主要包含空中旋翼搜索機(jī)器人、廢墟表面可變形搜救機(jī)器人以及狹小縫隙搜索機(jī)器人。這類機(jī)器人負(fù)重能力極強(qiáng)，能夠攜帶多種傳感器，根據(jù)救援現(xiàn)場的聲、溫等條件有效搜尋到遇難者。同時(shí)，由于其可以不斷通過電池補(bǔ)給的方式續(xù)電，大大提高了搜救的效率，

2.3 在火災(zāi)中的應(yīng)用

在火災(zāi)發(fā)生事故現(xiàn)場，救災(zāi)機(jī)器人有較強(qiáng)的移動(dòng)能力，能根據(jù)現(xiàn)場分析實(shí)際情況，自動(dòng)攀爬樓梯，并利用傳感器向救援人員傳遞現(xiàn)場第一手資料，輔助現(xiàn)場指揮人員做出正確判斷。同時(shí)，其還具有消防功能，能自動(dòng)噴水，有效滅火，在搶險(xiǎn)中發(fā)揮巨大的作用。

2.4 救災(zāi)機(jī)器人應(yīng)用到救災(zāi)中所具有的意義的具體表現(xiàn)

（1）救災(zāi)機(jī)器人的靈活性和機(jī)動(dòng)性很強(qiáng)，并具有較強(qiáng)的爬坡和翻越障礙的能力，能夠適應(yīng)不同事故現(xiàn)場的環(huán)境。

（2）救災(zāi)機(jī)器人的探測技術(shù)很強(qiáng)，可以依靠其傳感器來檢測到遇難人員的叫聲及心臟跳動(dòng)的頻率，能夠迅速發(fā)現(xiàn)遇難人員的具體位置。同時(shí)，救災(zāi)機(jī)器人的視頻探測器具有信息直觀的功能，能夠?qū)⒕仍F(xiàn)場的圖像傳到救災(zāi)中心，方便救援工作的開展。最后，救災(zāi)機(jī)器人還能夠深入到災(zāi)區(qū)未穩(wěn)定地區(qū)，檢測到現(xiàn)場環(huán)境的變化，防止事故的二次發(fā)生。

（3）救災(zāi)機(jī)器人還能夠?yàn)闉?zāi)區(qū)投遞食品和藥物，大大減少了受災(zāi)人員和救援人員的傷亡。

3 救災(zāi)機(jī)器人的發(fā)展前景

3.1 多種技術(shù)融合化

由于救災(zāi)機(jī)器人要在極其復(fù)雜的環(huán)境中完成任務(wù)，因此加大了研發(fā)難度。災(zāi)難現(xiàn)場充滿了不確定性和不可預(yù)知性，這也要求了救災(zāi)機(jī)器人的系統(tǒng)要具備自主性、靈活性、實(shí)用性以及耐用性。為了使其發(fā)揮出更大的作用，未來的救災(zāi)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展上需融合一定的人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿生學(xué)技術(shù)、遙感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多種技術(shù)融合的條件下能讓其救援更加方便[2]。

3.2 多智能體網(wǎng)絡(luò)化

在救災(zāi)現(xiàn)場，救災(zāi)機(jī)器人、空中直升機(jī)、醫(yī)護(hù)人員和醫(yī)療車輛之間應(yīng)該形成一個(gè)多智能體的立體化網(wǎng)絡(luò)，以便于資源共享。在實(shí)際操作中，空中直升機(jī)將現(xiàn)場環(huán)境信息傳遞給救援人員，救援人員操控機(jī)器人進(jìn)入現(xiàn)場救援，待救援完成后救護(hù)人員和救護(hù)車輛針對(duì)被救者進(jìn)行善后處理。多智能體網(wǎng)絡(luò)化，是未來救災(zāi)機(jī)器人的一個(gè)發(fā)展趨勢。

4 結(jié)語

救災(zāi)機(jī)器人的研制及應(yīng)用，其主要目的之一是減少受災(zāi)人員和救援人員的傷亡，在“以人為本”的社會(huì)中，其研究應(yīng)用意義非常重要。雖然救災(zāi)機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)仍然需要改進(jìn)和提高，但通過科研人員的努力，一定能夠取得更高的成效。為救災(zāi)工作發(fā)揮巨大的作用。

[1]錢善華,葛世榮,王永勝,王勇,柳昌慶.救災(zāi)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與煤礦救災(zāi)的應(yīng)用[J].機(jī)器人,2006,(03):350-354.

[2]朱華.礦井救災(zāi)機(jī)器人研究現(xiàn)狀及需要重點(diǎn)解決的技術(shù)問題[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào),2007,(06):5-8.

盧學(xué)燕(1991.5—),女,甘肅省臨夏回族自治州,西北師范大學(xué),2011級(jí)本科生,研究方向:電子信息工程。