现代机器人的研究始于20世纪中期,其技术背景是计算机和自动化的发展。救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域。在国外,救灾机器人发展迅速,技术日益成熟,并进入实用化阶段,日本、美国、英国等已开始装备使用。英国早在20世纪60年代就研制成功排爆机器人,其研制的履带式“手推车”及“超级手推车”排爆机器人,已向50多个国家的军警机构售出了800台以上。日本东京工业大学的广獭卜是最早从事救援机器人研究的学者之一,他所领导的广獭研究室,从仿生的角度和基于超机械系统的思想,1999~2005年先后研制了“ACM”“GENBU”与“SORYU”等多系列救援机器人样机。在2001年的美国纽约发生“9·11”恐怖袭击后几小时,退役中校J.布莱彻任主任的美国“机器人辅助搜救中心”应纽约市应急管理办公室要求,立即组织了一支由机器人专家和生产厂家技术人员组成的队伍,携带可供使用的机器人,赶赴世贸中心废墟现场,向救援行动提供技术支持,共投入使用8种机器人。
在中国,许多高校和研究所在海难救援机器人、自主救援无人机和地面移动特种作业机器人等救援机器人技术方面开展了研究。2006年2月,由公安部上海消防研究所、上海交通大学和上海消防局三家单位共同承担的国家项目“履带式、轮式消防灭火机器人”研制成功并顺利通过国家验收。
2011年3月,由中科院沈阳自动化所研制成功的“废墟可变形搜救机器人、机器人化生命探测仪、旋翼无人机”三款机器人通过了中国地震应急搜救中心的测试,被国家地震局评为2006年以来最具应用实效的10项科技成果之一。2013年4月20日,四川雅安地震发生后,沈阳自动化所科研人员迅速反应,于4月20日下午组成临时搜救队随同机器人急赴灾区开展救援工作。
根据救援机器人的用途,可将其划分为危险环境侦察机器人、灭火救援机器人、人员救护机器人、负重助力机器人、抢险机器人、水下救援机器人等。
危险环境侦察机器人:一般配备了彩色摄像机,热成像仪,以及用来测量辐射程度、氧气含量或有毒有害气体浓度等的传感器,主要用于对灾难现场的环境进行侦察和检测。
灭火救援机器人:装备有水枪、水炮和灭火剂等,可对火场进行冷却、稀释、清洗、隔离等消防、化学救援作业。
人员救护机器人:能够将受伤人员从危险区域转移到安全地带的机器人,有些还可以自动探测伤者的伤情。
负重助力机器人:能够帮助穿戴者负重正常行走的机器人,又称“负重外骨骼”。
抢险机器人:能够进行破拆、堵漏、牵引、顶升等抢险作业的机器人。
水下救援机器人:可适用于水下环境应急救援与抢险作业的机器人。
主要包括:存活能力、运动能力、感知能力、通信能力和作业能力。
存活能力:主要是机器人本体的可靠性、耐用性和适应性。灾难后环境中存在毒气、毒液、生化、放射性、高温和二次倒塌等危险,机器人对环境的适应特别重要。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。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:机器人必须不断地翻越各种垂直的障碍物,要求平台有很高的稳定性和自调整能力。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或泥泞路面及坎坷不平的废墟地面等,机器人必须具有高度的地面适应性能,履带、轮、腿复合的复合移动机构将被广泛采用。
感知能力:救援机器人装备有先进的传感器,如摄像机、激光测距仪、超声测距仪、接触和接近传感器、红外线传感器和雷达定位传感器等,以便能对环境进行检测和对遇难者进行搜索。
通信能力:操作人员和机器人之间需要有可靠的通信手段,以保证对机器人的操控、感知信息的传输等。通信通常采用无线方式。由于受到废墟遮挡、室内和井下巷道等影响,通信的距离和可靠性仍有很大的挑战。
作业能力:主要是完成应急救援过程中的搜索、侦检、救援、抢险等作业。