救援机器人研究现状及其发展趋势
发布时间：2021-02-13 21:46
介绍了当前国内外搜索救援机器人、运载救援机器人以及多任务救援机器人的研究现状和技术特点,对救援机器人的移动方式、步态控制和导航算法3种关键技术进行了阐述并分析了其优缺点。展望了救援机器人在智能化、软硬件冗余化及多机协同救援3个方面的发展方向,指出了救援机器人的通过能力、感知能力、通信能力以及续航能力还需要进一步完善。
【文章来源】：医疗卫生装备. 2019,40(08)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
PackBot搜索救援机器人[5]
但对于非结构化的复杂环境，如废墟内部，轮履式搜索救援机器人无法抵近救援[8-9]。仿生搜索救援机器人的出现成功地解决了这一问题。由于其具有体积孝自由度多、行动灵活等特点，可顺利完成废墟内部等狭小空间环境的搜索任务。卡内基-梅隆大学研制的蛇形机器人较其他蛇形机器人有较小的横截面积，这意味着它具有更强的狭小空间通过能力[10]。该机器人使用有线传输的方式将夜视摄像机与音频传感器收集的数据传输给救援人员。虽然有线传输的前期准备较为烦琐，但这种方式对于信息传输具有较高的可靠性与稳定性。图3是该机器人参与2017年墨西哥地震救援时的画面。Sarcos公司研发的蛇形机器人GuardianS（如图4所示）有着强大的搜索能力，在总质量6kg的机体中配备有4.5kg的搜索探测设备，其中有摄像机、气体探测器、振动探测器等多种传感器[10]。GuardianS前后两端采用履带的运动形式，履带可沿机器人轴向旋转，做出横向摇晃、滚动等动作。GuardianS不仅拥有蛇形机器人的灵活性，同时具有履带式救援机器人的行进速度。1.1.2技术特点根据表1的总结分析可以看出，履带式搜索救援机器人有着较广泛的实用性，但对于更深入的搜索探测有着一定的局限性。蛇形救援机器人虽然通用性较低且运动速度较慢，但其强大的环境适应能力和搜索能力能完成更深层次的搜索探测。以TALON为代表的履带式救援机器人在发展与应用上相对成熟，但其控制方式相对滞后，主要为人工操作，并不具备自主搜寻能力。随着控制方法的更新和人工智能技术的应用，机器人将会逐渐由人工操作向自行搜索转变。因此，该类救援机器人智能化程度的提高与控制方式的更新将有利于在复杂救援任务中具有更准确快速的反应能力和处理能力。以卡内基-梅隆?
·医疗卫生装备·2019年8月第40卷第8期ChineseMedicalEquipmentJournal·Vol．40·No．8·August·2019公司继续研发了世界上奔跑速度最快的四足机器人“野猫”[11]。“爬行者”（Crawler）机器人（如图7所示）是日本横滨警视厅研发的伤员后送机器人[12]。该机器人内部可运载一名伤员，其内部的各种传感器可对运送过程中的伤员进行生命体征检测。因此，该机器人可随救援人员进入灾区，分担救援人员的伤员运送工作。日本东京消防厅研制的RoboCue伤员后送机器人（如图8所示）可利用其自身配备的超声波传感器和红外摄像机搜寻伤员，并通过机械臂将搜寻到的伤员转移到机器人内部，完成对伤员的搜寻与运送[13-14]。另外，RoboCue设计有生命维持系统，可为舱内伤员提供氧气，保证伤员在运送过程中的基本生命支持。美国VecnaRobo-tics公司研制的战场救援机器人“Bear”如图9所示，其双臂可以承载227kg的质量，且由于采用了动态平衡技术，可避免颠簸，减少对伤员的二次伤害[15]。“Bear”拥有2种行进模式，一种是在平坦路面用轮式行进，另一种是对于崎岖路面，会降低重心，切换成履带行进，以便最大限度地减小颠簸，从而保护伤员。在国内，上海交通大学研发的“六爪章鱼”机器人（如图10所示）是一种由18个电动机驱动的腿式并联步行机器人[16]。该机器人承载能力强、运动灵活、路面适应性强，可在多种地形环境执行救援任务。但由于并联机构的限制，其运动速度只有1.2km/h。中南大学研发的PH并联六足机器人如图11所示，该机器人的上平台上配有可旋转的激光雷达，可实现对周围环境的三维扫描，增强了机器人对周围事物的状态感知[17]。PH可通过四足支撑，运用另两足拾
【参考文献】：
期刊论文
[1]地震搜救机器人装备开发研制历程概述[J]. 尚红,颜军利,胡卫建,杜晓霞,许建华,张雪华,李静,刘亢. 中国应急救援. 2018(03)
[2]危险环境下救援机器人技术发展现状与趋势[J]. 葛世荣,朱华. 煤炭科学技术. 2017(05)
[3]浅谈救援机器人的研究现状与发展趋势[J]. 刘曦恺. 科技与企业. 2015(20)
[4]救援机器人技术综述[J]. 于振中,蔡楷倜,刘伟,郑为凑. 江南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[5]矿难救援机器人的发展应用现状与未来趋势[J]. 陈升. 机械制造. 2015(04)
[6]救援机器人研究起源、发展历程与问题[J]. 苏卫华,吴航,张西正,刘志国,孙景工. 军事医学. 2014(12)
[7]救援机器人的研究现状与发展趋势[J]. 郭月,赵新华,陈炜,侍才洪,邢凯,张西正. 医疗卫生装备. 2014(08)
[8]机器人技术在地震废墟搜索救援中的应用[J]. 张涛,尚红,许建华,刘亢,张媛,王金萍. 自然灾害学报. 2012(05)
博士论文
[1]液压驱动双足机器人及其动态平衡运动控制研究[D]. 刘国才.哈尔滨工业大学 2017
[2]救援后送机器人对人体的作用力分析和新型执行机构结构与运动综合[D]. 苏卫华.天津大学 2013
[3]非结构环境下的移动机器人认知与导航避障方法研究[D]. 朱江.湖南大学 2011
硕士论文
[1]轮腿混合式救援机器人的机构设计和性能研究[D]. 张玉翔.燕山大学 2017
[2]救援环境下移动机器人自主探索问题研究[D]. 刘懿.国防科学技术大学 2016
[3]新型顶撑救援机器人的设计与研究[D]. 贺娜.河北工程大学 2016
本文编号：3032617
【文章来源】：医疗卫生装备. 2019,40(08)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
PackBot搜索救援机器人[5]
但对于非结构化的复杂环境，如废墟内部，轮履式搜索救援机器人无法抵近救援[8-9]。仿生搜索救援机器人的出现成功地解决了这一问题。由于其具有体积孝自由度多、行动灵活等特点，可顺利完成废墟内部等狭小空间环境的搜索任务。卡内基-梅隆大学研制的蛇形机器人较其他蛇形机器人有较小的横截面积，这意味着它具有更强的狭小空间通过能力[10]。该机器人使用有线传输的方式将夜视摄像机与音频传感器收集的数据传输给救援人员。虽然有线传输的前期准备较为烦琐，但这种方式对于信息传输具有较高的可靠性与稳定性。图3是该机器人参与2017年墨西哥地震救援时的画面。Sarcos公司研发的蛇形机器人GuardianS（如图4所示）有着强大的搜索能力，在总质量6kg的机体中配备有4.5kg的搜索探测设备，其中有摄像机、气体探测器、振动探测器等多种传感器[10]。GuardianS前后两端采用履带的运动形式，履带可沿机器人轴向旋转，做出横向摇晃、滚动等动作。GuardianS不仅拥有蛇形机器人的灵活性，同时具有履带式救援机器人的行进速度。1.1.2技术特点根据表1的总结分析可以看出，履带式搜索救援机器人有着较广泛的实用性，但对于更深入的搜索探测有着一定的局限性。蛇形救援机器人虽然通用性较低且运动速度较慢，但其强大的环境适应能力和搜索能力能完成更深层次的搜索探测。以TALON为代表的履带式救援机器人在发展与应用上相对成熟，但其控制方式相对滞后，主要为人工操作，并不具备自主搜寻能力。随着控制方法的更新和人工智能技术的应用，机器人将会逐渐由人工操作向自行搜索转变。因此，该类救援机器人智能化程度的提高与控制方式的更新将有利于在复杂救援任务中具有更准确快速的反应能力和处理能力。以卡内基-梅隆?
·医疗卫生装备·2019年8月第40卷第8期ChineseMedicalEquipmentJournal·Vol．40·No．8·August·2019公司继续研发了世界上奔跑速度最快的四足机器人“野猫”[11]。“爬行者”（Crawler）机器人（如图7所示）是日本横滨警视厅研发的伤员后送机器人[12]。该机器人内部可运载一名伤员，其内部的各种传感器可对运送过程中的伤员进行生命体征检测。因此，该机器人可随救援人员进入灾区，分担救援人员的伤员运送工作。日本东京消防厅研制的RoboCue伤员后送机器人（如图8所示）可利用其自身配备的超声波传感器和红外摄像机搜寻伤员，并通过机械臂将搜寻到的伤员转移到机器人内部，完成对伤员的搜寻与运送[13-14]。另外，RoboCue设计有生命维持系统，可为舱内伤员提供氧气，保证伤员在运送过程中的基本生命支持。美国VecnaRobo-tics公司研制的战场救援机器人“Bear”如图9所示，其双臂可以承载227kg的质量，且由于采用了动态平衡技术，可避免颠簸，减少对伤员的二次伤害[15]。“Bear”拥有2种行进模式，一种是在平坦路面用轮式行进，另一种是对于崎岖路面，会降低重心，切换成履带行进，以便最大限度地减小颠簸，从而保护伤员。在国内，上海交通大学研发的“六爪章鱼”机器人（如图10所示）是一种由18个电动机驱动的腿式并联步行机器人[16]。该机器人承载能力强、运动灵活、路面适应性强，可在多种地形环境执行救援任务。但由于并联机构的限制，其运动速度只有1.2km/h。中南大学研发的PH并联六足机器人如图11所示，该机器人的上平台上配有可旋转的激光雷达，可实现对周围环境的三维扫描，增强了机器人对周围事物的状态感知[17]。PH可通过四足支撑，运用另两足拾
【参考文献】：
期刊论文
[1]地震搜救机器人装备开发研制历程概述[J]. 尚红,颜军利,胡卫建,杜晓霞,许建华,张雪华,李静,刘亢. 中国应急救援. 2018(03)
[2]危险环境下救援机器人技术发展现状与趋势[J]. 葛世荣,朱华. 煤炭科学技术. 2017(05)
[3]浅谈救援机器人的研究现状与发展趋势[J]. 刘曦恺. 科技与企业. 2015(20)
[4]救援机器人技术综述[J]. 于振中,蔡楷倜,刘伟,郑为凑. 江南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[5]矿难救援机器人的发展应用现状与未来趋势[J]. 陈升. 机械制造. 2015(04)
[6]救援机器人研究起源、发展历程与问题[J]. 苏卫华,吴航,张西正,刘志国,孙景工. 军事医学. 2014(12)
[7]救援机器人的研究现状与发展趋势[J]. 郭月,赵新华,陈炜,侍才洪,邢凯,张西正. 医疗卫生装备. 2014(08)
[8]机器人技术在地震废墟搜索救援中的应用[J]. 张涛,尚红,许建华,刘亢,张媛,王金萍. 自然灾害学报. 2012(05)
博士论文
[1]液压驱动双足机器人及其动态平衡运动控制研究[D]. 刘国才.哈尔滨工业大学 2017
[2]救援后送机器人对人体的作用力分析和新型执行机构结构与运动综合[D]. 苏卫华.天津大学 2013
[3]非结构环境下的移动机器人认知与导航避障方法研究[D]. 朱江.湖南大学 2011
硕士论文
[1]轮腿混合式救援机器人的机构设计和性能研究[D]. 张玉翔.燕山大学 2017
[2]救援环境下移动机器人自主探索问题研究[D]. 刘懿.国防科学技术大学 2016
[3]新型顶撑救援机器人的设计与研究[D]. 贺娜.河北工程大学 2016
本文编号：3032617
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