九年前的今天,強震摧毀了汶川,近七萬同胞不幸遇難。我們體驗了生命的脆弱,也看到了救援力量的重要。在汶川地震的救援過程中，由于災難現(xiàn)場情況復雜，救援人員自身安全得不到保證，廢墟中形成的狹小空間使救援人員甚至救援犬也無法進入。因為缺少救援機器人，很多危險的救援工作需要解放軍戰(zhàn)士進入高危的環(huán)境徒手完成，由此導致了很多無謂的犧牲。九年過去了，汶川已經恢復生機，我們的救援機器人也得到了進一步的研究與發(fā)展，為災難救援帶來了一支有力的援助力量，能盡可能的避免傷亡，解救被困人員 ，今天我們就來說說救援機器人。
概述：
救援機器人，為救援而采取先進科學技術研制的機器人，它是一種專門用于大地震后在地下商場的廢墟中尋找幸存者執(zhí)行救援任務的機器人。這種機器人配備了彩色攝像機，熱成像儀和通訊系統(tǒng)。
中國在“十一五”期間，已經將“廢墟搜索與輔助救援機器人”項目列入國家863重點項目，由中科院沈陽自動化所機器人學國家重點實驗室與中國地震應急搜救中心聯(lián)合承擔研制，并成功研制出“廢墟可變形搜救機器人、機器人化生命探測儀、旋翼無人機”三款機器人。這三款機器人曾經被國家地震局評為“十一五”以來最具應用實效的10項科技成果之一。2013年4月20日，四川雅安地震發(fā)生后，沈陽自動化所科研人員迅速反應，已于20日下午組成臨時搜救隊隨同機器人急赴災區(qū)開展救援工作。
救援機器人關鍵技術問題
移動性／機械機構
移動性是救援機器人完成救援工作的決定因素。機器人移動平臺應該能夠在惡劣廢墟環(huán)境中靈活地穿梭于狹小的空間之中，能夠翻越障礙，爬樓梯，穿越泥濘的道路等，且機器人的移動不應對周圍不穩(wěn)定結構產生影響，以免發(fā)生二次坍塌或爆炸等。此外，機器人還應該具備適應惡劣環(huán)境的能力，具有防水、耐高溫等能力。
傳感檢測裝置
救援機器人的主要工作就是通過傳感器實現(xiàn)自身的導航、環(huán)境信息的獲取以及幸存人員的搜尋。由于災難現(xiàn)場環(huán)境的復雜性及不確定性，傳統(tǒng)在室內結構化環(huán)境中已較成熟的導航算法無法滿足救援工作的要求，傳統(tǒng)的聲納、激光測距儀等在充滿煙霧和灰塵的環(huán)境中也很難取得理想的效果。目前救援機器人主要采用人工控制方式來實現(xiàn)機器人的導航。
人機通訊方式
目前常用的通信方式有無線和電纜兩種方式。
電纜方式可以穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)機器人和操作者之間的信息傳送。但電纜方式也存在一定的問題，隨著機器人搜尋范圍的深入，線纜很容易發(fā)生纏繞而影響機器人的移動性。研制收放靈活的電纜卷繞裝置是解決目前有線通信方式機器人通訊問題的關鍵。
無線通訊方式的穩(wěn)定性較難保證，即使在穿透性能最佳的頻段，也會由于帶寬及各種干擾的影響使得通訊無法正常進行。“911”事件的救援工作證明，無線方式的機器人大約有25％以上的時間無法正常通訊。穩(wěn)定可靠的通訊方式是當前救援機器人領域需要很好解決的關鍵問題之一。
傳感器融合
由于救援現(xiàn)場環(huán)境的復雜性，對傳統(tǒng)的室內結構化環(huán)境下傳感器數(shù)據(jù)的處理算法不能滿足救援工作的需要。如通過視頻圖像對幸存者的檢測，由于灰塵、煙霧等的影響使得識別變得非常困難，通過檢測到聲音的方向辨別幸存者的方位，也由于現(xiàn)場噪音的影響而變得很困難。因此，為了完成搜索并發(fā)現(xiàn)幸存者，必須通過多種傳感器數(shù)據(jù)的融合，研究更加有效的識別算法。
以下介紹幾款能滿足抗震之需常用機器人
東京消防廳的救援機器人RoboCue
這個機器人看起來似乎正要將一個人體模特的頭部吞進肚子里去，但實際上它正在履行可控式的救護工作。來自于東京消防廳的救援機器人RoboCue可以在災難發(fā)生現(xiàn)場——尤其是爆炸現(xiàn)場定位和安全搜索受害者，但在應對自然災害時，這種機器人也能發(fā)揮巨大作用。RoboCue不但能有利用超聲傳感器和紅外攝像機定位受困對象，而且還能將傷員輕柔的放到救護車上，以轉移到安全地帶。它甚至還隨身攜帶氧氣瓶。
8米長的蛇形機器人
日本頂尖的救援機器人研究專家田所悟志（Satoshi Tadokoro）發(fā)明了這種蛇形機器人，它主要承擔搜索工作。蛇形機器人長約8米，依靠裝有動力裝置的尼龍繩索進行驅動，雖然移動速度并不快（5厘米/每秒），但它能鉆進狹小的角落，攀爬20度的斜坡，擠過狹窄的縫隙，還能利用攝像機構成的“眼睛”傳回影像，以便救援者了解受災區(qū)域的內部情形。 蛇形機器經受了可控和現(xiàn)實災難的雙重檢驗，它曾在佛羅里達的一次停車場坍塌事故中幫助救援隊實施營救。
機器人安全履帶車
盡管看上去就像是個坦克棺材，但機器人安全履帶車履行的卻是救死扶傷的職責——它是一臺可將傷員轉移到安全地帶的救援機器。日本橫濱警視廳發(fā)明的這種履帶車，其內部殼體足以承受一個重達110公斤的傷員。機器履帶車的搜索功能僅限于標準紅外攝像機，但它的主要功能相當于安全系數(shù)極高的遙控式擔架。此外，它還有用于檢測傷者血流量和其他生命體征的內在傳感器。
輪式救援機器人
在BBC發(fā)布的一段演示視頻里，來自東京理工學院的教授廣瀨茂男（Shigeo Hirose）展示了三種不同類型的救援機器人，每一種機器人的設計目標都有些許差異。第一款機器人是身體兩面都裝有輪子的蛇形機器人，不管身體的哪面朝上，它都能行動自如；第二款是加強版的蛇形機器人，它使用踏板代替輪子，而且外表更為堅固，能抵御灰塵和防水，足以應對更為險惡的工作環(huán)境；最讓人感興趣的是第三種機器人，它可以檢查地形以確定最佳的行走方式。在崎嶇不平的地面上行動時，相比踏板，支架的靈活性更佳，但在平地上，不管是速度、能量需求還是穩(wěn)定性上，輪子的表現(xiàn)都更為優(yōu)異。因此，廣瀨茂男設計了一種可轉換的機械腿，它能在必要的時候變成輪式，依靠滑輪運動推動機器人前進。
呼吸感應器
Quince是一款由千葉工業(yè)大學（Chiba Institute of Technology）開發(fā)的小型機器人，它的體積只有玩具車大小，配備有四套滾輪、踏板設備以及六個電燈馬達。Quince機器人的機械手靈活到足以打開門把手，可以運送食物或其他補給品。這臺機器人最有趣的地方在于傳感器，它裝備的紅外感應器同時也是二氧化碳探測器，能夠監(jiān)測人體呼吸和體溫狀況。
體感救援機器人
全息照相、視頻搖滾以及外科設備，體感外設Kinect似乎無所不能，它是集所有圖像傳感之大成者。本月上旬，來自于英國華威大學（University of Warwick）的學生發(fā)明了一款以Kinect代替激光雷達（LIDAR）作為主傳感器的地震救援機器人。原先的激光測距儀不僅造價昂貴，而且效率不高（它只能顯示二維平面影像）。Kinect可以傳輸完全是3D景深的圖像資料，這非常有助于營救人員尋找受害者。這種特殊的機器人不僅僅可以用來救援，更可以參與搜索任務，它能夠獲得人眼所不及之處的救援資料，讓救援工作進行得更加順利。
人形BEAR醫(yī)療機器人
來自于美國維克那機器人公司（Vecna Robotics）的BEAR（Battlefield Extraction-Assist Robot）機器人是醫(yī)療機器領域中最為人形化的機器人之一。它能夠替代人類士兵在戰(zhàn)場活動，利用腿部的兩個獨立踏板，BEAR能夠完成各種特殊動作，它還能依靠膝蓋、臀部或足部的運動來改變身體高度。維克那機器人公司希望美國軍方能夠引入這種機器人，來應對危險的戰(zhàn)場環(huán)境。
強悍廉價的蟑螂機器
昆蟲世界一直是機器人工程學領域尋找靈感來源的沃土，甚至一些帶有半機械化的真實昆蟲也相繼面世，但一位加州大學伯克利分校仿生學教授發(fā)明的Dash卻是不折不扣的純機器。這款極其廉價機器堅固的機器昆蟲是在蟑螂的啟發(fā)下誕生的，它比一美元紙幣還要小，內部元件是用來自手機和其他電子器件的廢棄部分搭建而成，身體則是由硬紙板做成的。它攜帶基本的裝置：取自手機的低分辨率照相機和Wi-Fi芯片。機器蟑螂非常敏捷，速度奇快，每秒可以移動1.5米，硬紙板做成的身體非常堅固（視頻顯示它從十層樓上摔下來之后，還能疾走如飛）。對于預算有限的救援行動來說，Dash機器蟑螂將會是非常有價值的資源。
