目录引言 (1)1.搜救机器人研究的目的和意义 (1)1.1、搜救机器人研究的背景 (1)1.2、搜救器人研究的意义 (2)2．国内外研究现状 (2)2.1国外研究状况 (2)2.2国内研究现状 (4)3. 搜救机器人的行走机构 (5)3.1行走机构方案比较 (5)3.2腿式移动机构特点 (8)3.3．履带式搜救器人的发展趋势 (9)4.搜救机器人技术需求 (9)5.搜救机器人传感器 (12)5.1 红外传感器及模糊控制 (12)5.2光敏传感器与模糊算法的结合应用 (13)5.3灰度传感器及指南针 (14)5.4传感器融合 (14)6毕业设计初定方案 (15)7．实习小结 (15)8.参考文献 (16)第一章绪论1.1引言地震、火灾、矿难等灾难发生后，在废墟中搜寻幸存者．给予必要的医疗救助，并尽快救出被困者是救援人员面临的紧迫任务。

实际经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低”。

由于灾难现场情况复杂，在救援人员自身安全得不到保证的情况下是很难进人现场开展救援工作的，此外，废墟中形成的狭小空阀使控救人员甚至搜救犬也无法进入。

灾难搜救机器人可以很好地解决上述问题。

机器人可以在灾难发生后第一时间进人灾难现场寻找幸存者，对被困人员提供基本的医疗救助服务，进入救援人员无法进入的现场搜集有关信息并反馈给救援指挥中心等。

近年来，为了满足救援工作的需要，国内外很多研究机构开展了大量的研究工作，可在灾难现场废墟中狭小空间内搜寻的各类机器人如可变形多态机器人、蛇形机器人等相继被开发出来。

本文在介绍国内外灾难搜救机器人最新研究成果及近年来灾难现场的实际使用情况的基础上，根据现场使用的经验教训提出了灾难救援机器人需要解决的一些关键技术问题，指出了灾难救援机器人的发展趋势。

1.2课题研究的背景及意义1.21课题研究的背景机器人是人类智慧的产物，他能完成人类无法实现的作业，20世纪就已经得到社会各界人士高度重视的机器人，在21世纪更是如娇娇宠儿，得到世人关注。

随着全球环境的变化，工作、生活中发生的意外事故的增多，一个必要的无人操作搜救机器人必然诞生。

人类本体的搜救能力越来越显得拘束，人类在智慧上超出动物很多，但在特定环境的适应上就要比动物差很多。

虽然人发明了很多的技术弥补了这一不足，但明显可以看到，舰船的灵活性比不上鱼类，飞机的灵活性比不上鸟类甚至昆虫，车辆的地形适应性比不上四条腿的动物。

搜救机器人的研究可以弥补我们这方面的不足，对社会产生大的经济效益。

搜救机器人的研究可以满足一些行业的需求。

机器人由于其天生的多自由度，多冗余自由度，可以在狭小的空间内穿梭，可以满足在复杂环境中搜救、侦查、排除爆炸物等反恐任务；航空航天领域可用其作为行星表面探测器，轨道卫星的柔性手臂；工业上则可应用于管道排污机器人等方面。

1.2.2 课题研究的意义1）课题研究的社会意义搜救机器人的研究给搜救工作带来很大的方便，在灾难发生后，能够快速地投入到搜救工作中，提高搜救效率，减少人员伤亡，失踪等不幸事故，更好的为社会服务。

2）课题研究的科学意义搜救机器人的研发，在很大程度上弥补了广茂达在搜救领域的不足，为后期更好的扩展，奠定了基础。

1.3机器人的研究现状1.31国外研究现状近十年来，尤其是“911”事件之后，美国、日本等西方发达国家在地震、火灾等救援机器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各种可用于灾难现场救援的机器人。

以牵引和运动方式的不同擅救机器人主要可分为以下几类：A、履带式搜救机器人履带式机器人是为了满足军事侦察、拆除危险物等作业的需要，在传统的轮式移动机器人的基础上发展起来的。

图1给出了目前国际上几家著名机器人公司的典型产品，他们主要是为了满足军事需要而开发的．体积普遍偏大，不太适合在倒塌的建筑物废墟中狭小空间内搜寻幸存者。

B、可变形(多态)搜救机器人为了能进人狭小空间展开搜救工作。

要求机器人的体积要尽可能小，但体积小了搜索视野就会受到限制，为了解决这一矛盾，近年来在传统牵引式搜救机器人平台基础上，研制出了形态可变的履带式多态搜救机器人。

图2为美国iRobot公司生产的PackBot系列机器人，PackBot 机器人有一对鳍形前肢，这对鳍形前肢可以帮助在崎岖的地面上导航，也可以升高感知平台以便更好地观察。

图3为加拿大Inuktun公司MicroVGTV多态搜救机器人，他可以根据搜索通道的大小及搜寻范围的远近灵活她调整形状和尺寸。

C、仿生搜救机器人虽然履带式可变形多态机器人可根据搜索空间的大小改变其形状和尺寸，但受驱动方式的限制，其体积不可能做得很小。

为了满足对更狭小空间搜索的需要，人们根据生态学原理研制出了．各种体积更小的仿生机器人，其中蛇形机器人就是其中很重要的一类。

图4(a)为CMU 研制的安装在移动平台上的蛇形机器人，图4(b)为日本大阪大学研制的蛇形机器人。

我国中国科学院沈阳自动化研究所，国防科技大学，北京航空航天大学等单位也都相继研制出了类似的蛇形机器人系统。

图4(c)为美国加州大学伯克利分校研制的身高不足3 cm的苍蝇搜救机器人。

随着技术的不断成熟，相信蛇形、蝇形等仿生机器人会在灾难搜救工作中发挥越来越大的不可替代的特殊作用。

图1履带式搜救机器人图2 美国iRobot公司PackBot多态搜救机器人图3加拿大Inuktun套司MieroVGTV多态搜救机嚣人图4仿生控救机嚣人1.32国内研究现状我国的搜救机器人研究起步较晚，但最近几年发展较快，引起越来越多研究机构的关注。

例如哈尔滨工业大学、上海交通大学、沈阳自动化研究所、广东卫富公司等都研制了各自的搜救机器人系统，中国矿业大学与清华大学等几家机构也研制了用于煤矿井下救援的移动机器人平台。

但目前国内的搜救机器人大多仍处于原理样机的研究上，或局限在室外危险物排除这种应用案例的应用上，尚未有机器人参与到矿难、地震、建筑物坍塌等实际灾难现场救援的报道。

在2010年4月2日王家岭透水事故发生的过程中，中国科学院沈阳自动化研究所研制的水下机器人曾被带到现场，试图参与透水现场的探测任务，虽然最终没有采用，但也不失为一次有益的尝试，为透水事故探测救援积累了宝贵的经验。

第二章搜救机器人本体结构分析2.1、机器人定义描述2.2煤矿井下搜救机器人关键技术在设计救灾机器人时,应从系统总体要求出发,考虑救灾机器人的环境适应性,协调各分系统的技术关联,开展顶层设计,研究综合集成关键技术.在设计救灾机器人过程中应充分注重关键技术。

2.2.1运动机构运动机构作为移动机器人的移动载体，直接影响到机器人的通过性和地形适应能力。

煤矿搜救机器人的运动平台应尽可能适应多种复杂的井下地形条件，如废墟、泥地、沙地、台阶、陡坡、壕沟等，即具有较强的地形适应能力；除此之外，还要具有一定的运动速度和良好的运动学稳定性，尽可能减少倾覆或翻滚的可能[]。

目前的搜救机器人运动机构种类较多，如轮式、履带式、蛇形移动机构等，不同的运动平台决定了各自的运动能力。

轮式机器人速度快、效率高，但越障能力较差，复杂地形适应能力有限；履带式越障能力强，但存在速度慢、运动效率较低的缺点；蛇形机器人可以钻进狭小的空间，利用头部安装的摄像头传回图像信息，但也存在速度慢、机构复杂等缺点；足式机器人，如四足、六足等具有适应地形能力强的特点,能越过大的壕沟和台阶,但目前大部分足式机构存在速度慢、效率较低的特点;轮腿复合式机器人具有履带机器人的地形适应能力和轮式机器人的运动速度，但也存在结构相对复杂体积较为庞大等缺点;此外受到自然界生物的启发，各种特殊的仿生机构机器人也展现了美好的前景[]。

综合考虑煤矿井下的地形环境和事故发生后可能存在的实际情况，采用具有较强地形适应能力的带辅助臂的复合履带方式是一种相对理想的运动机构，该方式在具有较强地形适应能力的同时，可以保持较小的体积，能够穿过相对狭窄的空间。

除了上述需要考虑的因素之外，运动平台的设计必须可靠，以应对复杂的环境。

比如煤矿搜救机器人设计时必须重点考虑防爆、防水、耐高温等。

履带机器人也容易发生履带出轨脱落，导致机器人寸步难行。

除了灵活的运动能力和可靠性设计外，搜救机器人还应考虑便携性。

为了应对突发的矿难事故，提高搜救效率，搜救机器人应该具有较强的机动能力，必须在第一时间投放现场。

搜索完一个目标地点，能尽快转移到下一搜救地点。

体积过于庞大，除了具有更高的能耗和大大减小了平台通过能力之外，其运输过程也会给救援工作带来难。

2.2.2感知系统搜救机器人的主要功能包括搜索探测与救援，但目前世界各国搜救机器人的研究还大多集中于环境探测和幸存者搜寻的功能上。

由于环境极度复杂，受困人员本身面临的困难复杂多样，对人员的救援工作目前还是一件非常困难的事情，因此，环境探测与人员搜索任务是目前搜救机器人的主要功能，其搜索与探测能力主要取决于其自身携带的传感器的类型与应用情况。

作为搜救机器人的感知系统，传感器必须具备信息采集、信息存储与分析以及信息传输等功能,同时要求其具有较小尺寸、足够的分辨率和响应时间，以及很好的稳定性和可靠性等特点。

对环境的探测主要目的首先是让搜救人员实时准确的了解事故后井下的综合环境情况，评估井下环境对幸存人员及搜救人员生命及健康的影响，考虑指派救护队员下井完成救援任务的可行性，以及为制定科学高效的救援方案提供必要的、可靠的井下环境参数信息。

这就需要对井下的温度、气体组成情况如氧含量、有毒气体含量、可燃气体含量，以及井下的地形及地质结构的情况进行探测。

其次，在进行环境探测的同时，当机器人深入事故现场后，应该具有对幸存人员进行搜索定位及人员情况的初步探测能力。

最后，为保证机器人能够安全、有效的完成探测任务，机器人应该具有其自身情况及所处环境的感知能力，如机器人本体的姿态、温度、电池电量等本体参数，以及环境中的障碍物、火区、水区等危险环境和机器人所处的位置等信息。

目前对于部分环境探测与感知的传感器是比较成熟的，如温度感知、氧含量传感器、可燃气体探测器、有毒气体探测器等，这些传感器体积小巧、探测精度高、集成度好，基本能够满足井下环境探测的需求；对于井下地形与地质结构的探测主要依靠视觉系统或与视觉系统相配合使用的距离、位置等传感器如声纳探测器、激光测距仪等；对人员的搜索定位有生命探测仪、热成像仪等设备；机器人自身状态的感知主要依靠里程计、惯性系统以及姿态传感器等感知单元，完成机器人位置及姿态的感知以及为导航及运动控制提供必要的数据。

此外，井下环境特别是事故后的井下环境情况复杂，极有可能出现浓烟、灰尘等恶劣情况，在这种环境下很多传感器特别是视觉系统会受到严重的影响。

而远红外探测器具有很好的穿透烟雾进行探测的能力，并且可以同时获得被测物体表面的辐射温度，因此采用远红外成像仪进行复杂环境的探测既可以作为可见光视觉系统的补充，又可以通过对一些特殊物体表面辐射温度的测量实现目标的识别，如人体、着火点、水域等。