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科技日报(2009.06.05):机器人怎么救灾?
2009-06-08     | 【】【打印】【关闭

  ——新闻缘起——

  一种名为“旋翼飞行机器人”的空中多功能自主飞行机器人最近在中科院沈阳自动化研究所研制成功。“5月12日,这种飞行机器人已经在北京完成地震废墟搜救实战演习,目前可以小批量投入生产。”中科院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室研究员吴镇炜说。
  “旋翼飞行机器人”有大小两款,外形与直升机酷似,机器人前下部装有摄像设备,顶部旋翼直径超过3米,机器人长度约有3米。
  吴镇炜介绍,去年汶川特大地震时,前48个小时内,由于道路、通讯等完全中断,许多重要的信息无法获得,直接影响到救灾的效果,新研制成功的飞行机器人可以在山区完成重要信息的搜集、重要物资的运送和临时通讯平台的搭建等多种功能,为抗震救灾提供有效支持。
  飞行机器人以普通汽油作为燃料,根据配置不同,市场价格最低为70万元、最高为200万元。(据新华社沈阳5月21日电) 
  大地震发生后不能马上获取详细灾情,是救灾救援的国际性难题。如今,这一难题在我国得到破解:我国自主研制的“救灾救援危险作业机器人”日前在北京成功完成了废墟搜救实战演习,今后可以示范应用、大显身手了。
  5月12日在国家地震救援紧急训练基地内进行的实战演习中,40kg级旋翼飞行机器人的精彩表演让观者拍手叫绝:在指挥部下达废墟搜索命令后,该机器人成功完成自主起飞、空中悬停、航迹点跟踪飞行、超低空信息获取、自主降落等科目,实现了对地震废墟区域的快速信息获取与实时影像回传。
  “救灾救援危险作业机器人”项目为国家863计划重点项目,由中科院沈阳自动化所机器人学国家重点实验室与中国地震应急搜救中心联合承担。
  与其它机器人相比,有啥不一样?
  看起来,旋翼飞行机器人整个外形与直升机酷似。机器人前下部装有摄像设备,顶部旋翼直径超过3米,机器人长度约有3米。
  中科院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室研究员吴镇炜介绍,灾情发生后,最重要的是能快速获取受灾情况,传回灾情现场的实时图像。有时候还需要进行应急物品投放。
  与固定翼相比,旋翼飞行机器人有两大优势:可以较长时间定点悬停,进行超低空飞行,获取感兴趣区域(目标地)的详细影像资料;能够垂直自主起飞降落,不需要跑道,对起飞场地没有特殊要求,一般3米×3米见方就可实现起飞。
  机器人在救灾时遭遇最大的挑战是啥?
  “旋翼飞行机器人”有大小两款,较大的机器人起飞重量120公斤,有效载荷40公斤,最大巡航速度每小时100公里,最大续航时间4小时,最高可在高度3000m高空(海拔)飞行,抗风能力不小于6级。较小的机器人起飞重量40公斤,有效载荷15公斤,最大巡航速度每小时70公里,最大续航时间2小时。
  吴镇炜介绍,从控制功能角度来看,“旋翼飞行机器人”可实现自主起飞、自主降落、航迹定速跟踪,可在线改变航迹点,其中最核心的是保持其高可靠性。“试验中遇到的最大挑战来自风扰。”吴镇炜表示,风和地域有关,而且风力强度与风向并不固定,因此需要通过在线主动建模技术,实现对扰动的估计与抑制,以防机器人坠毁。
  机器人怎么实现精准作业?
  “飞行机器人在空中可以实现全自主飞行,无需人员驾驶和操控,设定目标坐标后,它可以自主起飞、自主降落、自主巡航。”吴镇炜说,飞行机器人由机器人学国家重点实验室历经近4年时间自主研发成功,技术水平已经达到国际同期先进水平。
  他介绍,在完成地震废墟搜救实战演习后,目前这两种飞行机器人已可小批量投入生产。 
  吴镇炜向记者介绍,由于不同任务对精准度的要求不同,因此可以使用不同的传感设备,实现更精确的观测。他举了个例子:过去用飞机往农田、林区喷洒农药时,很多时候没有目标性。而在飞行机器人上装上合适的传感设备,最高可实现定位精度在一米以内,从而实现对需求区域的精准喷洒。
  此外,这种机器人挂载视频设备,便可用于地震、水灾、火灾灾情的快速调查救援,实现精确灾情勘测,并可实现重要设施连续监控,对输电线路、输油管线进行巡查,交通信息检测与管制,森林火灾监控以及航空地图测量等;挂载气体检测设备,可实现对化工厂等场所有毒气体浓度进行监测,也可对大气进行成分检测,分析大气层状况等;挂载通讯转发设备,就能实现区域性空—地、空—海通讯中继等。另外,这种机器人还可以应用于航空遥感、国土监察、城市规划、水利建设、林业管理、空中侦察、影视航拍、广告摄影、气象遥感等领域。
新闻链接
  中科院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室成立于2007年,此前为中国科学院机器人学重点实验室。目前,实验室已经取得了工业机器人、水下6000米机器人、防爆排险机器人、蛇形机器人、自主机器人、网络机器人等多项重要研究成果。
  “救灾救援危险作业机器人技术”重点项目的目标是:面向地震、井下灾难、火灾、水灾等救援领域,重点研制出废墟搜索与辅助救援机器人、井下搜索探测机器人、空中搜索探测机器人等三种类型的机器人实用系统,并开展示范应用,进一步拓展机器人的应用领域,为我国机器人在灾难救援领域的应用奠定基础。
  主要研究:
  1. 废墟搜索与辅助救援机器人
  研制开发可在废墟表面运动、可进入废墟内部运动的两种机器人系统,包括机器人本体技术、机器人导航技术和自动控制技术。通过机器人系统携带的各种传感器,如生命探测传感器,摄像头、声音传感器等,发现伤员并确定伤员所在的位置,以指导救援人员迅速救助。
  2. 井下搜索机器人
  研制开发可完成井下搜索的机器人系统,包括适应井下特殊环境的移动机器人本体技术,适应环境的自主控制技术、自主定位与导航技术,井下机器人防爆、防尘、防水技术,井下通讯与载荷信息及视频实时传输技术。通过机器人上搭载的检测装置可对气体进行采样并可就位检测、分析有毒有害气体,探测井下温度等。
  3. 空中搜索探测机器人
  研究自主飞行的自动驾驶技术,包括:自主定位、自主导航技术、稳定飞行控制技术、面向高可靠性的实时健康预测管理、故障识别及容错控制技术;研究开发基于多种传感器的高性能惯性稳定平台,为空中飞行机器人观测载荷提供位置、速度和姿态量测信息;研究开发具有高机动性、长续航能力、大载荷能力、强抗扰能力的飞行机器人本体技术。
延伸阅读
  能自动跳过障碍物的救灾机器人
  当灾难发生时,人工救援往往受到很大局限。遇到地震、火灾或塌方等,经常会出现人不能亲自到一些危险地方实施救援的情况,于是往往会想到让机器人来完成这些艰巨任务。不过一般机器人行动都不太利落,遇到障碍物通常只能绕道而行,绕不过去,则只能就此作罢,可喜的是,日本开发出的一种救灾用的机器人,在比较平坦的地方,它会滚着前进,在遇到障碍时,能连滚带跳地翻过去。
  由东京技术学院副教授苏卡格斯及其团队开发出来的滚腿机器人有轮子,可在平坦的地面上滚动。它还有一个充气的圆筒腿,可以蹦3英尺多高,碰到不高的障碍物,能轻易地蹦过去。这种机器人的行进动作紧凑、灵巧又快捷,被证明是搜寻地震后倒塌高楼废墟中幸存者的最有效的机器。
  机器人的转腿有两个轮子、两条用于稳定的辅助腿和一个可反弹的充气圆筒。当机器人靠近障碍物时,其2个光传感器就会打开,一起评估障碍物有多高,要跳多高才能过去。如果障碍物不足六英尺高,充气圆筒就会从机器人底下直接向地面排气,利用地面的反作用力,弹起来,跳过障碍。
  它能边滚边跳,边跳边翻筋斗,并以任何姿势着地,以便使它马上恢复状态,立即投入到下一个行动中。如果传感器发现的障碍物实在是太高了,它就会绕道而行。一路上,机器人随身携带的摄像机将沿途拍摄的景象通过无线连接发送给计算机,以便让救援人员做出搜寻参考。
  不过,这种机器人在泥泞地或软地上就没法跳起来,它还是远程控制的,不能超出人的视线。科研人员希望明年能提高其远程控制性能。(王金元) 
  不足十克的微型救灾机器人
  一种微型飞行机器人已经在日本诞生,它能在空间狭窄的救灾现场一显身手。这种微型飞行机器人体重只有8.9克,室内飞行高度为1米。它由两个螺旋桨带动,可自行控制飞行姿势,前后左右移动自如。螺旋桨直径约为13厘米,两个螺旋桨分别朝相反的方向转动,可产生13克的升力。
  微型飞行机器人搭载有数码相机,在人无法进入的空间狭窄的救灾现场,可把拍摄到的图像传给地面监视器。这种机器人靠连接地面的微细电线供应电力。有关人员可通过信息终端向机器人下达指示,用装有控制软件的电脑指挥机器人飞行和降落。
  据悉,微型飞行机器人将于19日至22日在东京“2009国际机器人展”上进行飞行表演。(何德功) 
  摔倒后可自行爬起的救灾机器人
  有的机器人很难深入救灾现场,因为进行起卧等动作需要机器人全身关节的配合。日本开发的新型机器人解决了这一问题,从而使救灾现场的机器人更灵活。
  这种新型机器人身高1.54米,重58公斤,形状酷似真人,各种动作都由模仿人动作的软件控制。它只需30秒即可完起卧动作,且手腕、膝盖和腰部等部位配合默契。据研究人员介绍,大型机器人能以如此快的速度完成起卧动作是机器人开发方面的一大突破。机器人摔倒后可自行爬起,这在人无法接近的救灾现场会发挥重要作用。本报记者 陈 瑜
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