极限作业机器人系列（四）——地震救援机器人

极限作业机器人（robot under critical working condition）是可以在人为难以接受的环境下工作的工业机器人，地震救援机器人则是其中用于地震灾害应急救援的一类机器人。

（废墟搜救机器人）

地球上每年大约发生数百万次地震，而我国也是世界上受地震灾害最严重的国家之一。大家至今记忆犹新的汶川大地震造成了近七万人遇难，直接经济损失八千多亿元。地震人工救援充满危险，由于地震发生后废墟结构极不稳定，很容易对在废墟中的救援队员造成危险。而涉核、涉化设施的震后救援，更充满危险性。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间(约48小时)用于在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则发现幸存者的几率几乎为零。另外，一些大面积的倒塌建筑，可以借助机械挖掘搜索，但一些缝隙、狭小空间等，救援队员进去有危险，大型设备又没有"用武之地"，就需要一些特定的设备来完成搜救。

（执行搜救任务的机器人）

近年来，地震灾害频发，性能越来越出色的各类救援机器人在人们视野中也日益增多。当前的地震救援机器人按功能主要分为三类, 一是用来搜寻伤者以及探测环境信息的侦测机器人, 其主要以无人机、小型履带式移动机器人为主, 摄像头以及生命探测仪是其最主要的设备。

（履带式移动机器人）

二是是用来破拆的拆除机器人, 此类机器人体型较大, 类似于工程机械, 具有机械手, 以人直接操控为主，用于清除通道障碍和埋压受灾人员的杂物。一些大面积的倒塌建筑，可以借助机械挖掘搜索，但一些缝隙、狭小空间等，救援队员进去有危险，大型设备又没有“用武之地”，就需要一些特定的设备来完成搜救。

（拆除机器人）

三是用于救生的机器人。此类机器人携带着一些必需的医疗救生设备以及食物和饮料，以便救援人员进行现场救护，还可以协助运送伤员。日本消防厅研制的地震救援机器人Quince系列采用履带式， 以适应地震后复杂的地势环境， 它采用低矮短小的外形设计以及加装了多个马达， 一旦发现幸存者，它就可以通过输送带， 可将一名最重230斤左右的伤员运送到自己内部。这个救援机器人两侧有红外线摄像头， 可以检测到生命特征， 并及时将被救者身体状况反应给救援人员， 以便提前做好准备，节省救援时间， 并且两边装有可以开门和递送食物的机械臂。 救援机器人采用的是半封闭设计， 这是为了防止在救援途中遇到的余震， 万一有石头砸下来会造成二次伤害。据说这款机器人可以给救援工作增加6%0的成功率。

（救生机器人）

地震救援机器人的正式研发始于美国9·11事件后。在9·11事件中, 参与救援的机器人发现了部分幸存者及遇难者遗体, 但也暴露了机器人在功能方面的一些问题, 自此各国开始重视对救援机器人的研制。日本是一个多地震的国家, 因此其对于地震救援机器人的研发处于世界前列。除了通用的履带式搜救机器人, 日本广濑实验室还开发出了著名的ACM系列蛇形机器人。此外, 美国的iRobot公司、加拿大因克吐恩公司等也对地震救援机器人进行了研究, 其中哈佛大学研制的苍蝇机器人体重不超过100mg, 可以进入狭窄的缝隙中进行侦查。国内的中科院沈阳自动化研究所、八达重工、中信重工等单位也开展了对地震救援机器人研制和生产。

（哈佛大学研制的苍蝇机器人）

接下来带大家看看地震救援机器人的结构——

下面带大家看几款比较有特色的地震救援机器人——

1、蛇形机器人

顾名思义，是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人。由于它能像蛇一样实现“无肢运动”，因而被国际机器人业界称为“最富有现实感的机器人”。日本东京科技大学于1972年研制出世界上第一条蛇形机器人，其速度可达40厘米/秒。随着科技发展，现在的蛇形机器人整体构造更加小巧，灵活性更高。斯坦福大学的机械工程师们则开发出一种蛇形会生长的软体机器人，它能够在不移动整个身体的情况下，长距离伸长，并能蛇形蜿蜒。它们比纯机械机器人更安全，这不仅是因为它们柔软，还因为它们往往极轻，便于延展靠近人体。

在地震救援中，蛇形机器人起到的作用更多的是搜索而非直接营救。由于其独特的构造以及灵活性，蛇形机器人能够更好地进入狭小的空间，通过自身携带的“摄像机”给搜救人员传输救援信息。除了灾后救援之外，它还可以应用到科学探险和状况检查、防恐防爆、医疗、航天航空、危险环境作业、军事、作为操作手等领域。

（蛇形机器人）

2、废墟搜救可变形机器人

这款机器人可进入废墟内部，利用自身携带的红外摄像机、声音传感器等将废墟里的图像、语音等信息实时传回后方空调，让救援人员通过废墟搜救可变形机器人及时了解废墟内的情况，做出正确的救援安排。

（废墟搜救可变形机器人）

3、旋翼飞行机器人

它小巧、轻便、可低空作业，能有效克服地形、气流、气压带来的救援阻碍，可实时飞上高空，获取灾区实际受灾情况，道路情况，建筑被毁情况等，同时还能查看废墟中是否有生命存活，通过摄像机等传感器，实时将数据反馈给救援人员，正确部署救援任务。

4、可探测呼吸和体温的机器人：

Quince系列机器人是很有代表性的救援机器人，其中一款只有儿童玩具汽车大小，装有4组履带式轮子以及6个电动马达。它的机械臂可以开门和递送食物或者其他补给。Quince尤其优秀的地方在于其传感器设备，它的红外感应器同时也是二氧化碳探测器，能够探测人体呼吸和体温状况，这可以用于探索地震中的生命迹象。

（Quince系列机器人）

5、蟑螂机器人

蟑螂有着非凡的钻缝技能和“抗压能力”，加州伯克利大学的研究人员借鉴蟑螂灵活的外骨骼结构，制造出一款机器人雏形，更加适应狭窄崎岖的地面环境。这个蟑螂机器人可以顺利通过不到自己身高一半的狭窄空间，这也使得它拥有了钻进废墟瓦砾，搜寻地震幸存者生命迹象的潜能。加州大学伯克利分校的一位仿生学教授发明了一款极其廉价但又十分坚固的机器昆虫——Dash。内置低分辨率照相机和wifi芯片，行动敏捷，每秒可以走1.5m，而且十分坚固。可以用于预算有限的救援行动。

（蟑螂机器人）

6、轮滑式机器人

这款机器人可随意转换机械腿，用来检查地形以确定最佳的移动方式。在面对地震灾情的时候，倒塌的房屋、掉落的石块，轮式机器人相比踏板、支架，灵活性更加出色。

（轮滑式机器人）

7、人形机器人

这款名叫BEAR的人形机器人，由美国维克那机器人公司所研发设计，它是目前医疗机器领域中最“人形化”的机器人之一。它能够代替人类在战场进行活动。利用腿部的两个独立踏板，BEAR可以完成各种特殊动作，并且可以依靠它的“膝盖”、“臀部”和“足部”运动来改变身体的高度。维克那公司希望美国军方可以引进该机器人，来代替士兵应对危险的战场环境。

（BEAR人形机器人）

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