极限作业机器人系列（三）——消防救援机器人

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，救灾排险机器人是其中一类用于危险和复杂的灾难、高危环境下开展搜索、营救和排险作业的智能机器人。近年来，核电事故、化工厂事故、矿难、火灾、道路交通事故等由于人类活动所产生的灾难时有发生， 地震、海啸、洪水等自然灾害也严重威胁着人们的生命安全。因此，利用救灾机器人代替救援人员进入灾难现场进行救援,避免或减少救援人员伤亡, 提高救援效率，越来越受到各界的关注。根据事故类型的不同, 救援机器人可以分为消防救援机器人、地震救援机器人、矿山救援机器人、核事故救援机器人和水下救援机器人。

（救灾排险机器人）

当前，全球气候变暖之势愈演愈烈，同时各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道地铁坍塌等灾害隐患也不断增加，消防救援机器人的价值日益显现，成为应用最为普遍的救灾机器人，相关技术也比较成熟。

（多功能消防机器人）

当前，消防机器人已经进化到第三代高端智能机器人，可以实现多重功能：

一是火情侦查。消防机器人是“侦察小能手”，能代替消防员进入高温、易爆、有毒、缺氧的高危环境，利用自带的高清晰度3D摄像头，帮助消防员全方位掌握火场情况。

二是救灾灭火。消防机器人能够通过移动探索功能，对火灾现场环境进行全面检测，并通过内部数据处理，反馈出最佳灭火地点和灭火所需水量，并与消防员协同作业，利用配备的高压水枪实施灭火，将传统消防水平进行了极大提升。部分机器人还具备较为灵活的四肢，可以模仿消防员在救火过程中的动作。

三是实施救援。消防机器人可以探测出受灾人员位置，反馈信息后由消防员实施营救，一些消防机器人甚至可以独立完成探查救援任务。

（全地形消防机器人）

消防机器人的研究始于上世纪80年代的日本，其消防机器人技术全球领先，数量也比其它国家多。 1986年, 日本东京消防厅首次使用“彩虹5号”消防机器人参与灭火, 它本质上是1台身长8 m的消防车，配备了气体传感器、电视摄像机, 能够喷射泡沫40~50 m远, 可以喷水80 m。日本花费5年时间研发、耗资13．8亿日元的日本第一支消防机器人特种部队已经部署到千叶县市原市的消防局。这支被命名为“Scrum Force”的消防部队由4个消防机器人组成：空中监视和监视机器人“天空之眼”、地面机器人“陆地之眼”、软管展开机器人“硬式卷筒（延伸软管）”，以及“水炮”机器人。前两者为侦察用，无人机从上空、行驶机器人从地面分别确认起火处等。其余2台负责喷水或将水管延长至相关人员能安全作业的地方。射程达到70米，1分钟可喷水4千升。

（“Scrum Force”消防机器人部队实地演示）

火灾现场充满了不确定性和不可预知性, 仿生救灾机器人要在极其复杂的环境中完成任务, 必须具备自主性、灵活性、实用性以及耐用性, 研发难度很大。为了发挥更大的作用, 使救援更加方便, 消防救援机器人技术融合了人工智能技术、计算机技术、仿生学技术、遥感技术以及网络技术等多类前沿技术。美国的消防机器人亦处于技术顶点位置，其开发的消防机器人已具备较为成熟的第三代功能，其新一代类人型消防机器人THOR已经试验性用于船舶消防救援工作，主攻方向为提高对未知环境的识别和适应能力；意大利理工学院IIT的新版人形机器人WALK—MAN2．0为了提高移动能力，身架由铝、镁合金和钛等轻质材料制成，重量轻、行动速度快，能够更好达到自身平衡。

（WALK—MAN机器人）

以色列科学家应用3D打印技术开发出模样像蝗虫的“陶博” (TAUB) 机器人。它全长12.7厘米, 重量28克, 用弹簧、小电池和微控制器以及一个用3D打印的ABS材质主体, 腿部材料为硬炭棒。“陶博”模仿蝗虫的弹跳过程, 由内置电池驱动。弯曲腿部时将其锁定, 能量聚集到达上限时, 能够产生巨大的爆发力, 直冲上天, 跃至水平距离1.4米, 高度3.4米, 惊人的跳跃能力超过了蝗虫。它将在火灾等灾害发生后危险区域搜救时扮演重要的角色, 与操作人员之间产生良好的互补, 在崎岖地形快速准确地完成搜索、救援和侦察任务。

(TAUB 机器人）

我国第1台消防灭火机器人JMX-LT50于2002年6月, 采用轮式行走机构, 长2.4 m, 宽1.43m, 高1.50 m, 质量达1 500 kg, 无线遥控距离为150m。我国的消防救援机器人起步晚、发展慢，截至2016年国内各省才配备了百来台消防机器人，平均每个省的消防总队只有2－5台，且还都集中在经济发达的地区，参与灭火救援次数不超过30来次，大部分只被用于演习之中。

(我国自主研发的消防机器人）

近年来，我国正在消防机器人研发与应用领域奋起直追。让我们看看萧山消防大队的特种消防机器人“家族”吧……

它们有用于火灾扑救的消防灭火机器人、用于灭火侦查的防爆消防灭火侦查机器人、具有排烟、灭火、送风、降温、除尘、环境侦测、图像采集于一体的消防排烟灭火机器人，适用于石化、燃气储罐等场所的防爆消防高倍、数泡沫灭火侦查机器人等7类成员，活跃在全区各个消防中队。

（消防排烟灭火机器）

（防爆消防灭火侦察机器人）

消防队员与消防机器人的战术搭配很大程度上提高了救火救灾的效率，减低了灾害的损失，但也存在着一些缺陷。比如，消防机器人和消防员必须密切配合，才能达到较好的效果。一旦离开消防员，机器人虽然能够初步识别火灾，但是自主能力和移动能力还较为欠缺，无线远程遥控也无法完全应对复杂环境下的磁场干扰。随着科技的进步，作为人工智能、神经网络、计算机技术、自动控制、电力电子、模糊控制和机械工业等高端学科结合体的现代机器人未来一定能开发出针对各类特殊情况开发出更先进的消防机器人，在消防救援一线大显神威！

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