2015年及以前

《科技日报》(2013.05.21):救援机器人“用兵一时”更应“养兵千日”

撰稿: 沈阳自动化研究所 发布时间:2013-05-21

 ■ 新闻缘起

在这次四川芦山地震的救援现场,活跃着能“上天入地”的群体——他们有的长着“千里眼”,能随时起落,定点追踪,俯瞰大地;有的能迅速变形,进入危险地区,排查险情;有的拥有灵活双臂,运转自如,清理现场……这些在地震灾区“初显身手”的,就是我国自主研制的救援救灾机器人。

——现场传声——

芦山救援,国产机器人“初试牛刀”

鲜红艳丽的庞大身躯,配以灵活多变的机械手,剪切、破碎、切割、扩张、抓取等各种粗活、细活都不在话下……乍一看,恍如变形金刚“擎天柱”现身。

在这次芦山地震灾区,有个大型机器人格外引人注目,由于手臂像龙虾的钳子,被当地人称为“麻辣小龙虾”。“龙虾”每只臂有七个自由度,在工作人员的控制下,可自由升降,并模仿人的双臂进行无死角的协调及配合作业,还能实现轮、履两用驱动行驶。

“这是目前世界上最大的抢险救援机器人,也是国家‘十二五’科技支撑计划的重点项目——双动力智能型双臂手系列化救援工程机械产品。” 该项目承担单位江苏八达重工机械股份有限公司董事长陈利明说,该产品于2012年12月份研制下线。2013年4月20日,四川雅安发生地震时,机器人正在车间内做机构改进“手术”。得知灾情后,连夜将已经拆解和优化改进的首台救援机器人重新组装起来,奔赴灾区。

“机器人现场作业轻松自如,捏碎水泥板柱毫不费力,围观的村民都惊叹不已。” 陈利明回忆。

当地村民张德文家房屋被废墟掩埋,“小龙虾”迅速剥开废墟层,并捡出一家半年的口粮和一辆基本完好的摩托车。当每一样财物被精细化地分离、分解出来后,张德文一家终于露出了笑容。

此外,机器人还顺利实施危房拆除、铺平建筑场地等工作。

“我们对机器人的要求就是‘进得去、稳得住、拿得起、分得开’。”陈利明说,该机器人可根据现场不同救援作业需要,快速更换剪切、抓取及破碎等作业工具,能在现场实施精细化、无死角的剥离、分解等作业。

同样初露锋芒的还有,中国地震应急搜救中心救援队首次采用的三款国产救援救灾机器人。

这三款机器人是“十一五”国家863计划重点项目“救灾救援危险作业机器人技术”研究成果,由中国科学院沈阳自动化研究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研制。

首先,是旋翼飞行机器人。它是一个高度复杂的空中飞行系统,与其它类型飞机相比,具有低空飞行、随车机动、随时释放、定点悬停的能力,可对定点区域进行持续观测,同时能在夜间、小到中雨的环境中进行搜索。

“在这次救援过程中,它通过超低空近距离飞行勘察受灾情况、探查生命迹象,并在芦山至宝兴公路疏导中发挥了重要作用。”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齐俊桐说。

“空中搜救包括两方面工作。”齐俊桐介绍,一方面是随救援队低空排查。飞行机器人不受地形影响,能实时将动态视频和影像信息同传给救援队指挥人员,相当于给救援队在空中安装了“千里眼”。这样,机器人在空中与抵达废墟的地面救援人员协调,提高了效率,在某个搜救区域原定4个小时搜救工作,由于飞行机器人的助力,只用了2个小时完成。

在4月22日和23日,飞行机器人在距地面200m左右的空中飞行,拍摄了村镇的全景图,分辨率高达0.01m,救援队根据影像和图片进行了有针对性地调度和部署,并提交当地政府用于抗震救灾决策。

4月22日,救援队被堵在通往龙门乡的路上,决定中途开辟起飞场,通过飞行机器人回传的视频,直接了解到前方6—7km范围内道路拥堵的情况,立即决定弃车徒步行走至龙门乡。到达龙门乡后,在余震不断、难以实地勘察的情况下,救援队员使用旋翼飞行机器人,悬停在距离危楼十几米的低空,通过窗户排查大约50栋建筑物,为救援队提供了一种空地协同搜救排查新模式的有益探索。

“旋翼飞行机器人的另一个优势就是能对救援人员不易进去的危楼进行排查。”齐俊桐说,传统方法是救援人员对危楼里的幸存者高声喊话,或者询问目击者信息,而现在它可以贴着楼房窗户,通过可见光和红外,拍摄房屋内的图像。

此外,可变形搜救机器人,机器人化生命探测仪,也参与了废墟表面搜索任务。这类机器人有特别的运动机构和驱动系统,可在并排型、三角型、直线型3种构型间变化,能够适应灾后废墟的复杂地形地势,携带生命探测传感器,如超生波传感器,心跳、呼吸震动感应传感器等,在废墟上运动,搜寻生命,指导救援人员及时救助。

——研发历程——

自主创新填补救援机器人的装备空白

救援机器人,公众最近最深的记忆,恐怕就是东日本大地震引发的海啸及核辐射灾害后出现的机器人。当时福岛核电站由于核泄漏,搜救人员难以进入现场,由机器人进入拍摄了珍贵的图片和视频,了解到电站内部受损情况。

“我国将这种在特殊环境服役的机器人称作特

种机器人,类似于国外服务机器人类别中的专用服务机器人。”科技部高技术研究发展中心刘进长研究员介绍。

“在此领域,欧美发达国家起步较早,二三十年前就开始着手相关工作。”齐俊桐介绍,“我国已逐步形成了地震救援队伍体系,然而,在救援机器人装备方面尚属空白。相对西方发达国家在灾害应急抢险救援的技术装备研发水平,我国还存在较大差距,国家救援队使用的装备绝大多数来自进口。”

“开发研制具有自主知识产权的高技术装备,替代和辅助救援人员进入危险环境开展地震搜索任务,非常迫切。”刘进长说,为了改变我国应急救援装备依赖国外进口的被动局面,满足地震灾害、地质灾害应急救援高效处置的实际需求,我国从“十一五”开始重视地震搜救装备的研发,并立项支持研制此类机器人,“十二五”滚动支持一些项目,旨在形成掌握关键核心技术,形成应急救援装备系列产品,增强我国在地震应急救援领域技术的核心竞争能力。

——专家建言——

“应加大对应用救援技术研发、装备制造投入及储备”

“本次任务是我们研制的机器人第一次实战救援应用,对于进一步测试、检验这三款样机的实用性、可靠性、现场可操作性、以及与搜救队员的协同互助性等方面,具有重要的意义。”齐俊桐也承认,科研成果转化成装备还需要一个过程。

“救灾没有彩排,我们以前也做过搜救演练,但面临实战,效果还是有差距,每一次任务都要争分夺秒。未来发展趋势是机器人和救援队一起走,这就要求‘提速’机器人运输和工作效率,同时,还要进一步优化系统的整体性和可靠性,加强装备的便携性。”齐俊桐说:“这方面还有改进的余地,我们正在与中国地震应急搜救中心交流下一步如何改进形成装备,并推动救援机器人批量化生产。”

“科技计划只是搭建了一个平台,以后还可以不断在上面扩展应用。”刘进长说,例如,旋翼飞行机器人最早是面向地震救灾需求,现在已经广泛应用于海面溢油监测与作业、高压线巡检、高压输电线路架线、农业农药喷洒等。

“此次通过现场实施及参与救援作业,对今后总结形成一套科学、规范、高效和安全的机器人救援作业操作方法、制度和标准,意义重大。”陈利明也认为,要设计出一套可适应现场救援的智能化功能装置,需要一个漫长的实践过程,现在关键是如何提升产品机构质量及整体的作业可靠性。

“国家应加大对应用救援技术研发、装备制造投入及储备,并从资金、资源和政策等方面给予有力支持。”陈利明建议,应从国家层面推广大型救援机器人的普及和应用,进一步加强、完善应急救援体系建设。

“国家和地方政府将‘应急’作为一个常态化的能力和资源进行储备,保证‘应急’时‘一拉就响’,才能实现救援的目的,否则就丧失了72小时的黄金救援时间。” 陈利明说。

(科技日报 陈磊)