一种六足搜救机器人功能与结构设想

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  【摘 要】本文主要阐述了一种六足搜救机器人的概念,阐述了它应该具备的基本功能和应用范围,并对结构做了叙述以及工作实现模式。
  【关键词】六足;搜救机器人;结构;功能
  一、前言
  多发的自然灾害现场多为坍塌环境,结构复杂、不稳定,有些狭小空间救援人员和搜救犬根本无法进入,从而使搜救范围限制在倒塌建筑物表面范围。救援人员进入建筑物也将有巨大的风险,其体重和移动可能会引起建筑物进一步倒塌,造成对救援人员和幸存者的再次伤害。因此,救援队员必须在结构工程师进行评估,并对不稳定的倒塌结构进行支撑加固后才能进入,这个过程延误了搜救受灾者的时间。同时,由于搜寻空间条件恶劣,易导致救援队员劳累,从而易对周围建筑结构作出错误判断,错过没有知觉受灾者的概率上升,而且救援人员也存在重大的健康风险和安全风险,影响救援工作的快速展开将机器人技术、营救行动技术、灾害学等多学科知识有机融合,研制与开发用于搜救与营救的救援机器人,将有效地提高救援的效率和减少救援人员的伤亡。
  二、六足搜救机器人应该具备的功能
  存活能力: 救援机器人的存活能力主要是机器人本体的可靠性、耐用性和适应性问题。灾难后环境中存在毒气、毒液、生化、放射性、非常温和二次倒塌等危险, 机器人对环境的适应特别重要。在温度方面,灾难后环境存在高温可能, 機器人本体必须能够克服条件的影响, 设计时在材质的选择上需要进行周密的虑。在救援机器人的能源供给方面, 需要采用有线和无线相结合的方式, 以保障救援机器人足够的动力和工作时间。应该具有自适应能力, 具有预见能力。它们应该能适应环境, 适合完成挑战性的工作, 并且具有智能以至于能够应对由各种不稳定和不确定的因素所引起的干扰。
  运动能力:灾难救援环境对机器人的运动能力要求较高,机器人移动平台十分重要。机器人必须不断地翻越各种垂直的障碍物, 平台的稳定性和自调整能力很重要, 要尽可能避免由从高度坠下而将机器人摔碎。目前解决这些困难的方法是设计一种蛇形机构, 这种机构已被证实是有效的搜救机构之一。灾难后环境存在松软的灰土地面、由于消防用水或漏水导致的泥泞路面及坎坷不平的废墟地面等多种地面地形, 机器人必须具有高度的地面适应性能, 在轮式、履带式和腿式等移动机构当中,履带、轮、腿复合的复合移动机构将被广泛采用。
  通信能力:操作人员和机器人之间的通信、操作人员和遇难者之间的通信和多救援机器人之间的通信。所有的通信通常采用无线的方式。理想的情况是自主机器人具有通过灾难现场一切环境的能力, 对遇难者进行定位,与救援队伍进行通讯和联系实际上, 这里包含了大量的软件处理与计算, 机器人自身难以独立完成,人机交互的介入是必要和必须的。多救援机器人之间的通讯, 受到废墟遮挡的影响, 目前还不能够很好地在救援机器人系统中实现, 但是它也是迫切需要解决的问题之一。
  三、六足搜救机器人结构设计
  图1是本文设计智能爬行搜救机器人的三维结构示意。其中 2 4 6 分别为转动、竖直、水平驱动舵机,只要控制这三个舵机就可以控制上板和下板相对上下、前后、水平面转动。
  1—上板2—转动舵机3—竖直移动排齿4—竖直移动舵机和齿轮5—水平移动排齿6—水平移动舵机和齿轮7—下板8—上板足9—下板足10—水平定位齿轮
  四、智能机器人运动原理
  机器人6只足分别均分布在两个等边三角形的顶点上,如图2。机器人在行走过程中,两组足交替支撑。两组足中的任一组三足可独立支撑起整个机器人身体,机器人重心始终落在A组或B组三足的三角形区域内,因此在平面爬行中没有倾覆的危险。
  如图3所示,通过上下两组脚的相互运动就可以满足机器人多方位移动的需要:即上下板前后相互交替着地实现前后运动;上下板以三角形中点为轴相互转动交替着地实现转弯运动。运动如图3及4所示。
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