機器人的前景無限好

文:李方園2013年第二期

    最近的四川雅安地震牽動了億萬中國人的心,人民在奉獻愛心的同時,也在思考著如何在抗震救災中使用機器人的問題。地震作為最危險的地質災害之一,具有無法預知、破壞力大、易引發次生災害等特點,時刻威脅著人類生命財產的安全。據調查,地震中的人員傷亡,大部分是由建筑物坍塌、地面凹陷等情況導致人員被掩埋、砸傷而又無法及時得到救治引起的。因此,地震后的救援工作對于減少人員傷亡具有重大意義。但是,由于震后建筑廢墟情況復雜,還面臨著余震的危險,救援人員進行被困者搜救的工作極為困難。地震后72小時為救援黃金時期,因此,救援機器人用于地震后廢墟內被困人員的搜索工作,幫助救援人員及時掌握被困者位置及其周圍環境情況,可以有效減少人員傷亡、提高搜救效率。

   國際上較早開展救災機器人研究的是美國和前蘇聯,稍后,英國、日本、法國、德國、等國家也紛紛開始研究該類技術。目前已有很多種不同功能的消防機器人用于救災現場。災難救援機器人技術正從理論和試驗研究向實際應用發展。

   為了實現在地震后惡劣環境下的救援作用,救援機器人應該具有下列模塊:(1)運動機構,以實現在廢墟內的移動,并具備一定減震功能;(2)云臺機構,安裝攝像頭并實現圖像采集;(3)控制部分,以實現遠程無線信號傳輸和運動控制功能;(4)圖像采集模塊和信息采集模塊,實現圖像、聲音實時傳遞,實現機器人遠距離無線控制,具備一定避障功能,并且具備幸存人員探測功能;(5)輔助模塊的設計,包括照明設備及供電設備(蓄電池)。

   除了救援用途外,機器人還可以用在搬運、堆垛、噴漆、電焊等工業用途。本期特別推出了相關的機器人應用。如劉海波等撰寫的《基于Delta機構的高速并聯機器人》介紹了一種基于Delta機器結構的并聯搬運機器人設計。該結構的搬運機器人和同等規格的串聯機器人相比,具有速度快、定位精度良好、工作可靠穩定、可柔性適應多種流水線作業的應用等優點。詳細介紹了Delta機器人的應用領域和機器人的系統設計,如硬件系統設計、視覺識別系統設計和軟件控制系統設計,軟件控制系統的模組化設計是該系統的創新特色,各個模組功能界定清晰,最大程度提高了系統在功能上的移植性和可擴展性。

   由孫麗娜等撰寫的《基于未知環境下改進的RRT路徑規劃算法》針對移動機器人運用快速擴展樹(RRT)算法進行路徑規劃,隨機性大的問題,提出了一種目標引力式的RRT路徑規劃算法。該算法在RRT算法的基礎上,引入了一個目標引力函數,促使擴展隨機樹朝目標點方向生長。仿真結果表明,該算法提高了復雜環境下機器人路徑規劃的效率,能夠得到接近于最短的路徑,并對同一任務的規劃具有一定的可重復性,能夠安全的避開障礙物。

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