2023年井下救援探测机器人发展现状浅述.doc

救援探测机器人开展现状 目前，矿井救灾方式只是根据事故的类型确定救灾的方案，一般救护人员无法进入危险区域，只能通过提升绞车移动式风车等设备去除垃圾，向井下通风，然后再搜救遇险矿工这种方式危险性大，伤亡人数多，救灾周期长，往往效率低 随着科技的开展，机器人将被应用到煤矿救灾领域。采用虚拟现实技术，遥控机器人进行工作，救灾机器人利用自身的优点，可实现大范围移动，能迅速找到井下遇险矿工的位置，能大大减少救生队员的伤亡和并有效加快搜救速度，对提高救灾效率具有重大意义。在当今社会，研究有自己特色的救灾机器人，无疑具有巨大的社会效益和经济效益。 就目前存在的井下机器人来看，救灾机器人在用途上可分为两类：环境探测机器人和营救机器人。环境探测机器人探测、采集、发送矿井灾害环境参数和信息，包括瓦斯、CO、O2、温度和其他灾害特征气体等，以及生命、图像等信息，为地面决策者提供相关信息，这类机器人体需要积较小，灵活。营救机器人是要将受伤矿工转移到安全的地方，需要很大的力量，体积需要较大。目前矿井营救机器人还没有开始研发，主要是研发矿井探测机器人。而所谓救援探测机器人，就是对灾害环境进行探测并对探测到的生命进行一定救援帮助的机器人。 在国外，救灾机器人开展迅速，技术日益成熟，并进入实用化阶段。 探测机器人方面，日本美国英国等已开始装备使用在灾难现场中，救灾机器人应能迅速找到幸存者的位置。日本大阪大学研制出蛇形机器人，能在上下不平的模拟废墟上前进，其顶端带有一部小型监视器 ，身体部位安装传感器，可以在地震后的废墟里寻找幸存者。美国 i Robot公司研制了Pack-Bot系列机器人，能适应崎岖不平的地形环境和爬楼梯，主要执行侦察任务寻找幸存者勘探化学品泄漏等任务 InuKtun公司研制了机器人MicroVGTV，机身可变位，采用电缆控制，含有直视的彩色摄像头，并带有微型话筒和扬声器，可用于与压在废墟中的幸存者通话，适用于在小的孔洞和空间中执行任务除了前面的中小型救灾机器人，微型救灾机器人也正在研究中，美国加州大学伯克利分校研制出世界第一个苍蝇机器人，通过装在它脑袋上的微型传感器与微型摄像机，可以到倒塌的建筑物废墟底下或其他灾难场所寻找幸存者。 2023年“911事件〞后，美国主要机器人生产公司和研究机构都组织参加了纽约世贸大厦现场搜救工作。包括南佛罗里达大学机器人辅助搜寻与救援研究中心、MIT的i Robot 公司、美国海军的SPAWAR研究中心以及具有50多年历史的Foster-Miller 公司等。据时代周刊报道，在最初的十天里，搜救机器人在救援人员与警犬无法到达的狭小，危险空间里搜到10余具遇难者遗体，与现场搜救工作人员搜到的数量根本相同，但所花时间却不到现场搜救人员所用时间的一半。 救护机器人方面，日本已研究了一台救护机器人并于1994 年第一次投入使用，它采用橡胶履带，带有电视摄像机易燃气体检测仪超声波探测器等信息收集装置，还有两只最大抓力为 90KG重的机械手，可将幸存者举起并送到救护平台上。此外，为了提高救灾效率，机器人还可以清理现场的障碍物，美国陆军工兵学校和无人地面车辆联合方案办公室联合研制了遥控清理机器人Panther。 在国内，救灾机器人的研究刚刚起步，但进展很快。国内的矿用机器人开展主要是在探测机器人方面。中科院沈阳自动化所在 2023年研制了一种蛇形机器人，由16 个单自由度关节模块和蛇头蛇尾组成，在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进后退侧移翻滚等多种动作，并能通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图像传回监控系统。2023年3月在东南大学召开了危险恶劣环境作业机器人技术研讨会，会议围绕 危险作业机器人的今后重点开展方向如何组织全国力量培育重点课题和加快开展我国的危险作业机器人技术展开了热烈的讨论，并取得了共识 。2023年6月，中国矿业大学的机器人研究所成功研制了 “CUMT-1〞矿井救灾机器人，并对救灾机器人的机构设计做了一些有益的尝试，这是我国第一台用于煤矿救援的矿井搜救机器人。该机器能够探测灾害环境，实时传回灾区的瓦斯、CO、粉尘浓度和温度以及高分辨率的现场图像等信息；具有双向语音对讲功能，能够使受伤人员与受害者进行快速联络，指挥受伤人员选择最正确逃生路径；具有无线网络通讯功能；同时还携带有食品、水、药物、救护工具等救助物资，使受害者能够开展积极自救。 下面是目前使用的几类矿井以及灾害救援机器人： 综合机器人研究与开展现状，救援探测机器人的研究与开展过程中存在的主要问题包括以下几个方面： 矿井下活动的首要条件是安全。所以矿用设备必须满足的条件就是符合本安防爆的标准，设计保证小功率工作。为了工作人员携带方便，也为了搜救机械人能够更灵活的井下作业，搜救机器人要求体积、重量要尽量更小、更轻。 移动/机械结构。灾难事故中，现场地理环境比拟恶劣，要求救援机器人具有多种灵活的移动结构，以适应不同环境。一方面，在每层坍塌地方需要灵活越障能力较强的移动结构，能够顺利行走；在平坦的地方，救援工作的时间紧迫，就需要机器人能够有更快的移动速度，轮式，或者在井下利用轨道移动式等。现有移动结构参军用轮履式结构向仿生结构比方蛇形和苍蝇结构等方向开展，更灵活小巧。 导航与定位。越障、避障是救灾任务完成的前提，自然路标导航与定位技术、视觉导航中的路标识别、图像处理的快速算法以及专用数字信号处理器〔DSP〕的开发与研制等方面的研究，也可使救灾机器人的导航与定位取得突破性进展。根据井下巷道的分布图进行导航在控制终端绘制行进路线图，随时比照修正救灾机器人的位置，实现机器人定位的可视化，向救灾中心提供幸存者的位置，完成任务后回到救灾中心。 人机通讯方式。救灾机器人通讯系统负责完成前方与前方之间的双向信息交流，包括数据通讯视频信号音频信号的通讯，其控制方式分为线控式无线遥控式自适应式目前，大多数使用线控式和无线遥控式。 传感检测装置与多传感器融合。井下环境复杂，瓦斯、CO、O2、温度和其他灾害特征气体等，以及生命、图像等信息，尤其是探测幸存者是一项非常困难的任务，幸存者的征兆只有呻吟声体温身体的气味以及其他体征等信息，这些都要借助于传感器来识别。目前，根据需要探测要求，常用的传感器有热红外传感器、嗅觉传感器、声波振动传感器、视频传感器以及生命探测仪等。同时用多种传感器，个传感器之间的信号干扰，数据采集等都是需要考虑的因素。 Research and Rescue robot With the continuous development of science and technology,with the more and more research of robot technology ,robots are slowly finding their way into the hands of search and rescue groups.Robots engineered specifically for the search and rescue in mine detection domain have been paid great attention especially.The National Institute of Standards and Technology (NIST) has created a set of reference test arenas for evaluating the performance of mobile autonomous robots performing search and rescue tasks. Now lets have a brief introduce about the development and the present situation of the search and rescue robot both at home and abroad. A long standing goal of mobile robotics has been to allow robots to work in environments unreachable or too hazardous to risk human lives. Urban search and rescue is one of the most hazardous environments imaginable with victims often buried in unreachable locations. Rescue robotics is the application of robotics to the search and rescue domain. The goal of rescue robotics is to extend the capabilities of human rescuers while also increasing their safety. In particular,the inside of severe earthquake stricken buildings or underground area should be investigated in advance of manned rescue operation in order to avoid risk of suffering from secondary disaster. During the rescue mission the mobile robot is deployed on the rescue site, while the human tele-operator is monitoring the robot’s activities and giving the orders from a safe place outside of the site.Rescue robot are widely used mainly in the following sections: Urban search and rescue(USAR) robots have a relatively short history and their use is relatively new. In-uktun Services Ltd. conducted the first documented investigation of using robots for search and rescue in 1993. Although academic interest in this application of robots dates back to the 1995 Oklahoma City Bombing and Kobe Japan Earthquakes, the first documented use of robots at a search and rescue site was shortly after September 11, 2023 in the aftermath of the World Trade Center(WTC)disaster. Retired Lt.Col. John Blitch led military, commercial, and aca-demic robotic groups from around th