便携式救援设备的研究进展与展望——井下救援机器人

本文阐述了国内外井下救援机器人的研究现状，对其中的关键技术进行了总结，包括移动系统、通信与感知系统、能源供给系统、安全与保护系统、远程监控系统。从发展视角来看，井下救援机器人发展类型多样，多技术融合化、智能化和群体机器人协调化等技术是今后机器人研究的发展趋势。

煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源，也是最廉价的能源，其广泛应用于钢铁、电力、化工等工业生产及居民生活领域，我国也是一个煤炭产销大国，并且存在大量的小型煤矿，多数煤矿地质条件复杂，采矿条件恶劣，如开采深度大、高瓦斯矿多、易自燃煤层多等[1]。由于产煤量大，井下从业人员比例大，自动化程度低，这就难免导致矿难事故的多发，因此搜救工作至关重要。但由于事故发生后井下环境存在不确定和危险因素，造成救援难度大且效率低，救援人员盲目下井救援可能发生二次灾难，如瓦斯爆炸，受高温、烟雾、有毒有害气体以及缺氧等的影响[2]。如何在第一时间获得环境信息， 为救援指挥人员提供决策依据变得异常重要，直接关系到井下受困人员的生命安全和救援人员的应急救援方案的制订[3]。那么能研究一种便携式的救援设备就很大程度减少上述问题的隐患，大大提高救援效率，同时在一定程度上也能够保证救援人员的安全问题。对于便携式救援设备的研究以及使用也是应用于救援的一个重要的技术手段。

2. 井下救援机器人研究现状 据资料显示在20 世纪80 年代，救援机器人在国外才开始起步，而该类型机器人的第一次实际运用于救灾行动是在2001 年911 事件发生后，美国机器人辅助救援中心(CRASAR)和其他一些单位的救援机器人参加了救援行动。之后，许多国家才开始努力研制各种类型用于救援、防爆和火灾等机器人用于灾难的防护，其中井下救援机器人就成为了一个重要分支也得到了重视。

井下救援机器人按移动机构的不同主要可分为履带式救援机器人、轮式救援机器人、足/ 腿式救援机器人、复合式救援机器人、仿生救援机器人等5 种类型。

2.1. 履带式救援机器人 履带式机器人具有良好的机动性能，当面对复杂的巷道环境时，利用其履带运动装置可以比较平稳的穿过，同时也能在狭窄的环境下实现转向、掉头等运动，较好通过各种类复杂的地形，能快速性、准确性的完成救援的目的。例如图1 为鞍山凯信公司与中科院沈阳自动化研究所共同研制的煤矿井下探测机器人，在它的前后有两个红外线摄像头，可以把井下影像传到地面。图2 为中国矿业大学可靠性与救灾机器人研究所的国内首台煤矿搜救机器人CUMT-I。

采用自主避障和遥控引导相结合的行走控制方式， 装备有低照度摄像机、气体传感器和温度计等设备，具有无线网络通讯功能[4]。