导读：介绍READ现有的小型救援设备仍难以满足救援需要，需要进一步研究陆地救援设备，因为对人员构成巨大威胁的事故大多发生在陆地上，因此陆地救援设备种类更加丰富。 功能也更加多样化。 根据结构和应用要求，可分为小型搜救机器人、大型工程救援设备和...

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现有小型救援器材仍难以满足救援需要，需要进一步研究

陆地救援设备

由于大多数对人员构成巨大威胁的事故发生在陆地上，因此陆地救援设备的类型和功能更加丰富。 根据结构和应用要求，可分为小型搜救机器人，大型工程救援装备和救援保障装备。

1.3.1小型搜救机器人

小型搜救机器人主要用于替代救援人员进入复杂地形灾害点完成环境监测，生命搜寻等任务。 根据不同的运动形式和功能，可分为履带式搜索机器人、轮式搜索机器人、仿生搜索机器人和小型救援机器人。

（1）履带式搜索机器人。

履带机器人具有支撑面积大，在崎岖路面上具有良好的运动性能，是目前应用最广泛的救援机器人运动模式之一。 在救援过程中，主要通过智能环境感知和路径规划完成生命搜索、对象搜索等功能。 为了提高机器人的环境适应性，救援人员在传统履带结构的基础上，开发了变形履带机器人等新型移动机器人。

传统的履带机器人最初主要用于军事行动，而且大多尺寸较大，不适合在拆卸后的小空间中寻找被困人员人员。 为了解决这一问题，许多研究人员开发了基于传统履带机器人的变形履带机器人。 这种类型的履带机器人可以根据地形改变形状，更好地适应复杂的环境。 例如，奥地利应用科学大学的EDLINGER设计了一个履带式救援机器人，如图6所示，该机器人具有导航和感知能力，具有良好的移动能力，可以连续跨越多达15个斜坡地形以及40~45个楼梯。

具有代表性的履带式搜救机器人也是2010年由Sandia实验室开发的Gemini-Scout救援履带。如图7所示。 履带的行走机构采用分段履带，具有良好的操纵性和较强的跨步，跨槽能力。 双子座-童子军车辆长度1.2米，总高度0.7米，无线控制模式。配备视频捕捉摄像头，红外测距仪，多功能气体浓度传感器和导航仪，可同时携带救援物资，增加了被困人员的救援概率。

此外，日本东北大学(图。 伊朗图什理工大学8)(图。 9)等也对可实现的履带式搜救机器人进行了相关研究。

在我国，履带式搜救机器人的研发起步较晚，但仍取得了大量的研究成果。 中国科学院沈阳自动化研究所于2005年研制了一种可重构模块化履带式搜救机器人，如图10a所示。 可根据路面情况进行配置重构，有九种运动配置和三种对称配置，可根据地形进行配置变换，适应复杂环境。然而，机器人的硬件和软件很难控制和驱动。

此外，沈阳自动化研究所也开发了一个变形履带机器人AMOEBA-I，如图所示。 具有快速转弯、克服障碍和跨越沟槽的能力。 在常规模式下，可跨越障碍达29.63cm，在前后履带臂的配合下，最大高度58cm可以跨越障碍，机器人整体搜救性能更好。 中国矿业大学设计了一种履带机器人用于矿山救援，如图11所示。 机器人采用双电机驱动履带单元，动态性能高。 在控制算法上，它可以在速度驱动模式和转矩驱动模式之间自由切换；。 实验表明，该机器人具有良好的爬升性能和较高的移动效率。

此外，北京理工大学(图。 十二)，太原理工大学等对履带式搜救机器人的深入研究。

履带机器人通过能力强，能在崎岖路面上快速移动。 改进的变形履带机器人进一步提高了其越障能力。 但摩擦力大，能量损失大。 此外，履带机器人一般体积较大，只能在废墟表面工作，不能进入小碎片内部空间进行搜救。

（二）轮式搜索机器人。

轮式搜索机器人具有结构简单、可靠性高、移动速度快等特点。

日本京都大学KAZUYUKI开发了一种轮式搜索机器人MATOI，可用于生化武器造成的灾害地点，如图13所示。 该MATOI的质量为109公斤，有效载荷为80，最大移动速度为8.33米/秒。 机器人平台集成了GPS，摄像头，激光测距扫描仪等多种传感器，具有防水，防尘，防电磁干扰等优点。 以色列研发了轮式搜救机器人，如图14所示。

配备摄像头，夜视设备及相关传感器，机器人可携带多达300公斤，并能按照预定路线在救援中自动驾驶，可代替救援人员执行危险任务，减少人员伤亡。 此外，瑞士联邦学院虾研制的轮式搜索机器人(图。 和日本东京工业大学研发的轮式搜索机器人R-曲柄(图。 也是轮式搜索机器人的典型代表。

我国轮式搜救机器人的研究也取得了一些成果。哈尔滨工业大学研制了一种用于灾害搜索的小型遥控轮式机器人，如图17所示。 机器人由一个移动平台，多传感器，任务计划器，嵌入式控制器和无线通信模块组成，总体规模为30m&次；26m&次；18m，并有一个海量kg.1.5

由于机器人体积小，在搜索过程中可以通过手动无线控制移动到废墟中，应用范围广。 西南大学开发了一种基于多连杆结构的轮式机器人，如图18所示，可用于灾害环境检测和搜索。 机器人长30cm，连杆长51.5cm，底盘高7cm。 通过设计连杆秤，机器人可以很好地解决连杆轮机器人中的奇怪现象，因此越障性能和运动稳定性较好。 此外，中信重工有限公司。 （图19）和西南交通大学(图20)还研究了轮式搜索机器人。

车轮搜索机器人是从普通轮式移动机器人发展而来的。 具有结构简单，成本低，移动速度快等优点。 轮式搜索机器人的设计方法相对成熟，但在复杂崎岖的灾害搜救场景中，机器人的越障能力较弱，在一定程度上影响了现实？ =http://www.zhanhuigang.com/zhuanti-10001012.html“titla href=”实木展览“targeta href=”_空白“titla href >（3）仿生搜索机器人。

为了进一步提高搜索机器人的复杂环境适应性，研究人员受到自然生物的启发，开发了各种仿生搜索机器人，可用于复杂的灾害环境，主要是蛇形搜索机器人。 研究尚处于实验室阶段，未来在应急救援领域具有应用的可能性。

国外对蛇形搜索机器人的研究较早，取得了丰硕的成果。 例如，日本OHASHI开发了一种蛇形搜索机器人ACM-R7，如图21所示。 长度1.6m，质量11.7kg，有18个自由度，具有防水能力。 然而，由于ACM-R7的每个关节都是独立驱动的，因此控制系统更加复杂，运动能耗大。 一种基于3D打印的蛇形搜索机器人可用于英国普利茅斯大学的灾难现场搜索。 机器人机身采用柔性材料，具有良好的抗冲击性和较高的刚度。 机器人控制器位于头部，可以连接到远程PC，通过无线通信使用嵌入式计算，允许操作员远程控制机器一个男人。

除上述两种蛇形搜索机器人外，日本SGI公司与电力通信大学联合开发的基于爬虫的蛇形搜索机器人也具有很强的代表性，如图22所示。 第一代机器人由7个关节组成，串联连接8个履带单元。 在7个关节中，除前两个关节为活动关节外，其余关节为从动关节。 采用KOHGA无线控制方式，安装了摄像头，红外测距仪，多功能气体浓度传感器和导航仪，可实现灾害现场环境监测。 在此基础上，研究人员还开发了具有更强环境适应性的第二代机器人。

在家里，西安科技大学的李红艳瞄准了一个煤矿中的蛇形救援机器人(图。 研究了矿山事故现场环境参数检测、姿态控制和路径规划等问题，基于优化人工势场网格蚁群算法和参数自适应调整多目标牵引算法，蛇形机器人具有良好的环境适应性。 北京化工大学开发了一种新型蛇形搜索机器人，如图24所示。 长度为125毫米，直径为42毫米，直径为3.2公斤，质量横摆角为45度，机器人由8个平行机构组成，具有3个自由度，可以在空间中进行有效的三维搜索运动。

蛇形搜索机器人的尺寸相对较小，能够进入相对较窄的间隙。 然而，蛇形搜索机器人大多采用被动轮式运动，只适合在平地或水中运动，控制复杂，可靠性低，在一定程度上限制了其在实际搜救行动中的应用。

除了蛇形搜索机器人外，日本东京工业大学和上海交通大学还对腿搜索机器人进行了研究。 然而，由于其移动速度慢、效率低，腿机器人尚未应用于应急搜救领域。

灾害救援现场的应用效果表明，当废墟环境过于复杂时，现有的履带式救援机器人，轮式救援机器人和仿生救援机不能完全满足救援需要。 因此，基于上述运动形式，研究人员还对具有复合运动功能的救援机器人进行了研究，使救援机器人具有不同运动形式的优点，提高了机器人在崎岖地形下的运动效率。 典型的救援机器人有轮腿复合救援机器人，轮腿复合救援机器人等。然而，上述救援机器人仍处于实验室阶段，在实际应用中存在一定的差距。

（4）小型救援机器人。

上述履带式或轮式机器人搭载各种传感器完成搜索任务。 在此基础上，许多学者可以通过在机器人上携带操作装置来完成更复杂的救援任务。 例如，韩国开发了履带式救援机器人，如图25所示。 它由头部、躯干和两个机械臂组成，可以通过机械臂运送伤员。 在此基础上，研究人员还对其稳定性控制方法进行了研究。

在中国，哈尔滨工业大学在履带式救援机器人上配备了执行装置。 可利用蠕动功能在重物下方设置移动通道使其穿过底部，并能在废墟环境中完成拼缝和顶撑等不同任务要求，如图26所示。 机器人至少可以穿透40毫米的裂缝，这可以带来7物体00公斤支撑到离地面410毫米。

此外，沈阳建筑大学还研究了能够完成救援任务的小型移动机器人(图。 27)。

由于许多救援领域具有较强的特殊性，一般救援设备难以满足救援需要。 许多研究人员为特殊救援领域开发了各种特殊救援设备。 其中，具有灭火功能的消防救援器材最具代表性。 这种救援设备可以代替救援人员完成高层或超高层建筑的消防任务。 国外起步较早，对美国，日本等消防机器人进行了研究。

霍奇森科技研发的一款遥控灭火机器人为ThermiteRS1-T2，如图28所示。 采用履带行走机构，由18.64kW柴油机供电，摄像机可在火场内部进行侦察。 拖动水带主要通过机器人，同时用全方位喷头进行灭火操作，每分钟可提供2211L水。 美国InRobTech公司生产消防机器人FFR-1，如图29所示，该机器人配备了冷却系统，允许机器人为6，机器人通过在1000℃的高温环境中保持自身温度在600左右，具有很强的抗高温能力。

在国内，中国矿业大学开发了一种消防机器人，如图30所示，并对不同俯仰角的消防炮运动稳定性进行了研究和[54]。 中信重工股份有限公司研发的消防机器人如图31所示。 消防水炮工作压力1.2~1.5MPa，最大放电120L/s，最大射击程为150m，特别适用于石油化工及燃气等爆炸环境。

基于上述传统的救援机器人，研究人员将一些新的制度形式应用于消防机器人。 例如，为了解决现有的灭火机器人难以直接接触火源的问题，东京大学ANDO设计了一个软灭火机器人，如图32所示。 机器人喷嘴模块有两个出口端口，通过对出口水流的控制，可以保持软灭火装置的稳定飞行。 实验表明，大约2米长的机器人可以利用水的反作用力在空气中稳定飞行，并能改变喷嘴的方向。

上述研究表明，为了提高救援效率，国内外对小型救援设备进行了研究。其中，灭火器材的研究较为成熟，在救援现场可以完成一些救援任务。 但小型救援设备仍存在功能简单，难以完成复杂任务的问题。 由于灾害现场环境的复杂性，作业对象和任务的多样性和较强的不确定性，对机器人操作的准确性，运动的灵活性和救援的可靠性提出了更高的要求。 因此，现有的小型救援设备难以满足救援需要，需要进一步研究。

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资料来源：机械工程学报

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