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    2022-05-24 13:03來源:

    越障高手——蛇形搜救機器人

      超強大規模地震災害后,在倒塌建筑物內快速定位被困人員位置是一個大難題。為解決這一問題,科研團隊研發了一種即使遇到瓦礫等障礙物,也能抬頭跨越的新型蛇形機器人。該機器人可通過噴射空氣抬高配備攝像頭的前端部分,穿越較高障礙物在廢墟內部展開搜索。 

      傳統的主動式瞄準攝像頭很難跨越較高障礙物或穿過狹窄間隙,發現瓦礫下的被困人員。蛇形搜救機器人可以通過空氣噴射浮起獲得高視點,寬廣地眺望瓦礫內部。救援人員可以通過頂部攝像頭拍攝并回傳的畫面,快速發現被困人員并確定具體位置,展開營救。 

      

      一、蛇形機器人結構特征 

      蛇形機器人全長約8米,直徑約5厘米,使用柔軟材料制成軟管狀,重約3公斤。由振動馬達輕輕振動覆蓋表面的尼龍纖毛驅動前進。另外,裝有可觀察狹窄空間環境的攝像機(能動瞄準鏡攝像機)的前端可向下后方噴射空氣,最大可跨越20厘米的臺階。 

      尼龍纖毛驅動制動器通過振動馬達獲得前進方向的驅動力,該結構的優點是可以在不破壞機器人靈活性的情況下,穩穩地侵入狹小地區??諝鈬娚渖细C構通過控制噴射方向的主動噴嘴,產生上浮、推進、控制方向的力。通過空氣噴射垂直方向的力,幫助機器人跨越臺階;左右切換空氣噴射方向以及向前端施加橫向力,可幫助控制機器人方向;前端浮力切換方向,可幫助機器人環顧四周,全面了解瓦礫下的情況。蛇形機器人結構特點有很大的優勢,有望擴大災害發生時的搜索范圍。 

      二、蛇形機器人技術特點 

      1、方向控制自如 

      該機器人通過噴嘴圍繞機器人長軸旋轉,實現了噴射方向的控制。通過這一機構,機器人可以左右改變空氣的噴射方向,抬頭后還可以左右搖擺。為了測試方向切換能力,研究團隊還進行了頂部90度方向變化實驗,結果表明:使用空氣噴射嘴后,轉換方向僅需1.6秒。 

      2、驅動性能加強 

      蛇形機器人前端裝有空氣噴嘴,根部采用壓縮機輸送壓縮空氣。根據流體力學原理,得到噴嘴出口處最大噴射力。因此,機器人臺階跨越能力也得到了極大提升,測試表明,在不施加外力的情況下,最大可跨越20厘米的臺階。 

      3、穩定性良好 

      為了使前端穩定地抬起,需要根據姿勢控制噴射方向。如果前端的空氣噴射方向相對于機器人固定的話,隨著噴射力的增大前端會向后翹起。研究團隊設計了一種使空氣噴射方向相對于重力方向恒定的機構,并通過數理模型確認了其可行性。測試結果表明,蛇形機器人的前端既可以穩定地上抬前進,也可以輕松跨越瓦礫,大大縮短了搜救時間,擴大了搜救范圍。 

      三、蛇形機器人應用情況 

      目前,蛇形機器人已在國外災害現場搜救中取得了驕人的成績。下一步,研究團隊將在該機器人上整合各種感官能力,致力于通過語音探測發現被困人員。未來,該機器人不僅可以在災害領域得到廣泛的應用,還可以在基礎設施和工廠設備檢查等工業領域發揮作用。 

    責任編輯:李振營
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