“廢墟搜索與輔助救援系列機(jī)器人”是在國(guó)家“十一五”863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目課題“廢墟搜索與輔助救援機(jī)器人研制”和“空中搜索探測(cè)機(jī)器人研制”的支持下，由中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、上海大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所、北京航空航天大學(xué)6家單位共同協(xié)作完成的。項(xiàng)目針對(duì)地震災(zāi)害救援的復(fù)雜性，研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的面向廢墟搜救的機(jī)器人系統(tǒng)，包括空中旋翼飛行機(jī)器人、廢墟表面／廢墟洞穴／廢墟縫隙搜索與輔助救援機(jī)器人、廢墟內(nèi)部可伸縮多指機(jī)械手，可在不同災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境協(xié)同開(kāi)展救援，填補(bǔ)了我國(guó)輔助救援機(jī)器人裝備研發(fā)的空白，在模塊化配置、標(biāo)準(zhǔn)化接口、無(wú)線通信、嵌入式控制等方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新。項(xiàng)目成果的研制成功極大地提升了我國(guó)在地震等災(zāi)害救援方面的快速反應(yīng)和應(yīng)急處置能力，為我國(guó)應(yīng)急救援工作達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
一、主要研究成果
“廢墟搜索與輔助救援系列機(jī)器人”是面向地震災(zāi)害救援應(yīng)用的機(jī)器人系統(tǒng)，根據(jù)不同的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、廢墟結(jié)構(gòu)和搜救任務(wù)，既可選用單一種類(lèi)的機(jī)器人，也可選用多種、多臺(tái)機(jī)器人，由指揮中心統(tǒng)一部署、統(tǒng)一指揮，多種、多臺(tái)機(jī)器人相互配合、信息共享、協(xié)同行動(dòng)。
1.空中搜索探測(cè)旋翼飛行機(jī)器人
具有自主起降、航跡點(diǎn)跟蹤、定點(diǎn)懸停和視頻信息實(shí)時(shí)傳輸能力，可開(kāi)展大范圍現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情探測(cè)和搜索作業(yè)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情信息快速獲取，也能對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)搜索勘察。
2.廢墟表面搜索與輔助救援機(jī)器人
采用履帶、擺腿復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠在廢墟瓦礫表面上行走，具有通用的搜救載荷接口，可據(jù)需要攜帶生命探測(cè)載荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦礫下受困人員的大范圍探測(cè)與定位；能夠搭載無(wú)線多跳中繼通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、無(wú)死角通信。
3.廢墟洞穴搜索與輔助救援機(jī)器人
可根據(jù)環(huán)境和任務(wù)變換自身形狀呈品字形、一字型、方形和突進(jìn)型四種構(gòu)型，能夠由狹窄入口進(jìn)入廢墟，并在不穩(wěn)定瓦礫堆中運(yùn)動(dòng)；具有通用的搜救載荷接口，可根據(jù)需要攜帶光學(xué)、語(yǔ)音或生命探測(cè)載荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢墟內(nèi)部圖像、聲音、體動(dòng)、呼吸等信息的采集與識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)受困人員的探測(cè)與定位。
4.廢墟縫隙搜索與輔助救援機(jī)器人
具有自動(dòng)推進(jìn)、避障越障功能，可攜帶微型光學(xué)攝像頭、力傳感器、拾音器、對(duì)講系統(tǒng)等多種傳感器，進(jìn)入小于5cm縫隙空間內(nèi)開(kāi)展生命探測(cè)與定位；并且能通過(guò)輔助救援軟管為救援目標(biāo)提供氧氣、飲用水或流質(zhì)食品；易于單兵攜帶和操控。
5.廢墟內(nèi)部可伸縮多指機(jī)械手
多指機(jī)械手是可搭載多種載荷模塊的三指六自由度自適應(yīng)機(jī)械手爪，可搭載多種載荷模塊進(jìn)入廢墟中的狹小洞口，實(shí)現(xiàn)深入廢墟內(nèi)部探測(cè)或傳遞任務(wù)載荷的功能。
二、主要技術(shù)創(chuàng)新
“廢墟搜索與輔助救援系列機(jī)器人”具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、是國(guó)內(nèi)首批面向廢墟搜救應(yīng)用的機(jī)器人系統(tǒng)，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平、實(shí)用價(jià)值顯著，具有獨(dú)創(chuàng)性。具體體現(xiàn)在以下方面：
1.模塊化配置技術(shù)：針對(duì)不同機(jī)器人的功能，模塊化配置復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)、可變形機(jī)構(gòu)、縫隙內(nèi)移動(dòng)機(jī)構(gòu)、關(guān)節(jié)及連桿單元等，便于進(jìn)行構(gòu)造集成和構(gòu)型變換，以適應(yīng)不同廢墟環(huán)境下的多種廢墟搜救任務(wù)。
2.標(biāo)準(zhǔn)化接口技術(shù)：各類(lèi)機(jī)器人都具有面向地震廢墟搜救任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化接口、支持“即插即用”的模塊化搜救任務(wù)載荷，也可搭載標(biāo)準(zhǔn)化接口的機(jī)器人無(wú)線多跳通訊控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)和無(wú)死角通信。
3.旋翼飛行機(jī)器人控制技術(shù)：研制出旋翼飛行機(jī)器人控制器和機(jī)載自主定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，以及飛行機(jī)器人與搜索探測(cè)載荷的集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主起降、超視距自主航跡跟蹤飛行、大范圍災(zāi)情獲取和定點(diǎn)偵察等功能。
4.廢墟搜救機(jī)器人集成技術(shù)：實(shí)現(xiàn)了多種機(jī)器人在不同廢墟環(huán)境下開(kāi)展多樣化搜救任務(wù)的協(xié)同作業(yè)，并能與現(xiàn)場(chǎng)和后方指揮中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻信號(hào)并行傳輸和集成顯示，建立了多機(jī)器人聯(lián)合行動(dòng)協(xié)調(diào)平臺(tái)系統(tǒng)。
三、示范應(yīng)用情況
廢墟搜索與輔助救援系列機(jī)器人通過(guò)多次在地震災(zāi)害訓(xùn)練廢墟、地震救援演習(xí)和實(shí)際救援行動(dòng)的各項(xiàng)示范應(yīng)用中完成了各項(xiàng)功能測(cè)試，取得了較好的應(yīng)用效果，已初步具備在實(shí)際地震救援行動(dòng)中應(yīng)用的水平，并經(jīng)過(guò)了四川蘆山地震的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。具體示范應(yīng)用情況如下：
1.國(guó)家地震緊急救援訓(xùn)練基地模擬廢墟演示試驗(yàn)
5種機(jī)器人協(xié)作救援作業(yè)系統(tǒng)在國(guó)家地震緊急救援訓(xùn)練基地得到了多次充分的演示驗(yàn)證：首先通過(guò)無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)將機(jī)器人探測(cè)到的視頻信息傳回到各機(jī)器人系統(tǒng)的地面控制站，再通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)將各機(jī)器人所探測(cè)到的視頻、音頻信息傳輸?shù)侥M地震現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)指揮中心，在指揮中心對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一顯示和管理，這些信息經(jīng)過(guò)處理和分析，可輔助指揮人員進(jìn)行決策，然后把新的搜救任務(wù)下達(dá)給不同位置的機(jī)器人系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人系統(tǒng)多路載荷信息在指揮計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的集成展示。
2．參加IEC測(cè)評(píng)活動(dòng)的演示試驗(yàn)
“廢墟搜索與輔助救援系列機(jī)器人”于2009年11月參加了中國(guó)國(guó)際救援隊(duì)分級(jí)測(cè)評(píng)（IEC）綜合演練演示試驗(yàn)，根據(jù)詳細(xì)的演示試驗(yàn)計(jì)劃和動(dòng)作流程進(jìn)行了廢墟搜索與輔助救援操作示范應(yīng)用，引起了聯(lián)合國(guó)人道主義協(xié)調(diào)辦公室官員和亞太地區(qū)各國(guó)負(fù)責(zé)應(yīng)急救援事務(wù)官員的極大興趣和高度關(guān)注，為中國(guó)國(guó)際救援隊(duì)順利成為全球第12支，亞洲第2支獲取聯(lián)合國(guó)資格認(rèn)證的國(guó)際重型救援隊(duì)貢獻(xiàn)了力量、增添了光彩。
3. 參加四川蘆山地震救援實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)
2013年4月20日四川蘆山7.0級(jí)地震發(fā)生后，飛行機(jī)器人和洞穴機(jī)器人隨國(guó)家地震災(zāi)害緊急救援隊(duì)趕赴災(zāi)區(qū)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)救援行動(dòng)。飛行機(jī)器人拍攝了前往龍門(mén)鄉(xiāng)的道路通行情況以及龍門(mén)鄉(xiāng)、清仁鄉(xiāng)等地的建筑物破壞情況，并對(duì)有關(guān)重點(diǎn)建筑物進(jìn)行了排查，為救援隊(duì)開(kāi)展災(zāi)情評(píng)估和調(diào)度部署提供了決策支持。同時(shí)，洞穴機(jī)器人在龍門(mén)鄉(xiāng)的典型廢墟中開(kāi)展了搜索和排查工作。這是我國(guó)自行研制的搜救機(jī)器人首次在地震救援行動(dòng)中協(xié)助救援人員開(kāi)展實(shí)際工作，對(duì)于提高搜救行動(dòng)效率起到了積極作用。
四、成果轉(zhuǎn)化推廣前景
目前，廢墟搜索與輔助救援系列機(jī)器人中的部分樣機(jī)已部署給中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心使用，并經(jīng)過(guò)了四川蘆山地震的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。該成果在2012年被評(píng)為中國(guó)地震局“十一五”以來(lái)最具應(yīng)用實(shí)效的十項(xiàng)科技成果之一，排名第6；并在2014年被評(píng)為中國(guó)地震局2014年度防震減災(zāi)科技成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心作為成果的研發(fā)單位和應(yīng)用單位，一直以來(lái)都致力于該成果的示范應(yīng)用、改進(jìn)完善和轉(zhuǎn)化推廣工作，并積極申請(qǐng)承擔(dān)了科技部“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃“災(zāi)害應(yīng)急救援系列裝備研制”項(xiàng)目，繼續(xù)開(kāi)展廢墟營(yíng)救機(jī)器人、救援助力機(jī)器人的研發(fā)，今后也將進(jìn)一步通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化和制式化的研究，力爭(zhēng)早日列裝于地震專(zhuān)業(yè)救援隊(duì)。該成果在地震救援、危險(xiǎn)環(huán)境偵察、情報(bào)收集、巡邏與警戒、洞穴/建筑物內(nèi)部勘查、高級(jí)服務(wù)機(jī)器人、危險(xiǎn)設(shè)備檢測(cè)修理等領(lǐng)域具有廣闊的軍用、民用應(yīng)用前景和社會(huì)效益，其應(yīng)用和轉(zhuǎn)化將改變我國(guó)機(jī)器人化救援裝備依賴(lài)進(jìn)口的狀況，對(duì)提高我國(guó)地震救援裝備的智能化和先進(jìn)化水平具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
