服務(wù)機(jī)器人

　　簡介

　　服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，主要從事維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)經(jīng)過幾年的搜集整理，給了服務(wù)機(jī)器人一個(gè)初步的定義：服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能完成有意于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。這里，我們把其它一些貼近人們生活的機(jī)器人也列入其中。

　　除割草機(jī)器人外，到1999年底世界裝備的服務(wù)機(jī)器人幾乎都是行業(yè)用的機(jī)器人。這些專用機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：醫(yī)用機(jī)器人，多用途移動(dòng)機(jī)器人平臺，水下機(jī)器人及清潔機(jī)器人。

　　1999年末，世界全部服務(wù)機(jī)器人至少為6600臺，其中家用機(jī)器人有3000臺，約占50％，水下機(jī)器人及醫(yī)用機(jī)器人分別占14％及12％，清潔機(jī)器人占6％，其他所有機(jī)器人占23％。

　　預(yù)計(jì)2000－2003年服務(wù)機(jī)器人總量將增加到49，400臺，其中40，000臺是家用機(jī)器人（除真空吸塵機(jī)器人外），5000臺是醫(yī)用機(jī)器人。家用真空吸塵機(jī)器人2000年底將進(jìn)入市場，如果價(jià)格合理，2003年的銷售量可能達(dá)到25萬臺以上。

　　家用機(jī)器人的總銷售量預(yù)計(jì)將超過30萬臺，它表明服務(wù)機(jī)器人市場即將進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。

　　從需求及設(shè)備現(xiàn)有的技術(shù)水平方面來看，殘疾人用的機(jī)器人還沒有達(dá)到人們預(yù)期的目標(biāo)。未來10年，助殘機(jī)器人肯定會(huì)成為服務(wù)機(jī)器人的一個(gè)關(guān)鍵的領(lǐng)域。許多重要的研究機(jī)構(gòu)正在集中力量開發(fā)這類機(jī)器人。

　　就服務(wù)機(jī)器人的總體來看，普及方面的主要困難一個(gè)是價(jià)格問題；另一個(gè)是，用戶對機(jī)器人的益處、效率及可靠性不十分了解。

　　主要類型

　　護(hù)士助手

　　看到現(xiàn)在世界上有這么多形形色色的機(jī)器人，你也許會(huì)問世界上第一臺真正意義上機(jī)器人是誰發(fā)明的呢？發(fā)明第一臺機(jī)器人的正是享有“機(jī)器人之父”美譽(yù)的恩格爾伯格先生。

　　恩格爾伯格是世界上最著名的機(jī)器人專家之一，1958年他建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，他對創(chuàng)建機(jī)器人工業(yè)作出了杰出的貢獻(xiàn)。1983年，就在工業(yè)機(jī)器人銷售日漸火爆的時(shí)候，恩格爾伯格和他的同事們毅然將Unimation公司買給了西屋公司，并創(chuàng)建了TRC公司，開始研制服務(wù)機(jī)器人。

　　恩格爾伯格認(rèn)為，服務(wù)機(jī)器人與人們生活密切相關(guān)，服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用將不斷改善人們的生活質(zhì)量，這也正是人們所追求的目標(biāo)。一旦服務(wù)機(jī)器人像其它機(jī)電產(chǎn)品一樣被人們所接受，走進(jìn)千家萬戶，其市場將不可限量。

　　恩格爾伯格創(chuàng)建的TRC公司第一個(gè)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品是醫(yī)院用的“護(hù)士助手”機(jī)器人，它于1985年開始研制，1990年開始出售，目前已在世界各國幾十家醫(yī)院投入使用。“護(hù)士助手”除了出售外，還出租。由于“護(hù)士助手”的市場前景看好，現(xiàn)已成立了“護(hù)士助手”機(jī)器人公司，恩格爾伯格任主席。

　　“護(hù)士助手”是自主式機(jī)器人，它不需要有線制導(dǎo)，也不需要事先作計(jì)劃，一旦編好程序，它隨時(shí)可以完成以下各項(xiàng)任務(wù)：運(yùn)送醫(yī)療器材和設(shè)備，為病人送飯，送病歷、報(bào)表及信件，運(yùn)送藥品，運(yùn)送試驗(yàn)樣品及試驗(yàn)結(jié)果，在醫(yī)院內(nèi)部送郵件及包裹。

　　該機(jī)器人由行走部分、行駛控制器及大量的傳感器組成。機(jī)器人可以在醫(yī)院中自由行動(dòng)，其速度為0.7米/秒左右。機(jī)器人中裝有醫(yī)院的建筑物地圖，在確定目的地后機(jī)器人利用航線推算法自主地沿走廊導(dǎo)航，由結(jié)構(gòu)光視覺傳感器及全方位超聲波傳感器可以探測靜止或運(yùn)動(dòng)物體，并對航線進(jìn)行修正。它的全方位觸覺傳感器保證機(jī)器人不會(huì)與人和物相碰。車輪上的編碼器測量它行駛過的距離。在走廊中，機(jī)器人利用墻角確定自己的位置，而在病房等較大的空間時(shí)，它可利用天花板上的反射帶，通過向上觀察的傳感器幫助定位。需要時(shí)它還可以開門。在多層建筑物中，它可以給載人電梯打電話，并進(jìn)入電梯到所要到的樓層。緊急情況下，例如某一外科醫(yī)生及其病人使用電梯時(shí)，機(jī)器人可以停下來，讓開路，2分鐘后它重新啟動(dòng)繼續(xù)前進(jìn)。通過“護(hù)士助手”上的菜單可以選擇多個(gè)目的地，機(jī)器人有較大的熒光屏及用戶友好的音響裝置，用戶使用起來迅捷方便。

　　腦外科機(jī)器人

　　2000年初春，來自黑龍江某大學(xué)的一位學(xué)生正平靜地躺在中國人民解放軍海軍總醫(yī)院手術(shù)臺上。她患有顱咽管瘤，4年前曾做過開顱手術(shù)，不幸的是現(xiàn)在腫瘤又復(fù)發(fā)了，腫瘤壓迫視神經(jīng)使她雙眼視力下降，左眼視力0.02，右眼只有光感。此刻，醫(yī)生們正用先進(jìn)的腦外科機(jī)器人系統(tǒng)為她實(shí)施手術(shù)定位。只見她的頭部貼有4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，由這4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)建立一個(gè)空間坐標(biāo)系，CT機(jī)以不同的角度為她掃描，之后，醫(yī)生將9張CT圖片輸入計(jì)算機(jī)，屏幕上便顯示出三維的病灶部位。醫(yī)生在屏幕上確定手術(shù)的穿刺點(diǎn)和穿刺軌跡，5自由度的機(jī)器人對準(zhǔn)穿刺點(diǎn)，然后自行鎖定這一位置，為醫(yī)生搭建一個(gè)穩(wěn)固的操作平臺，醫(yī)生根據(jù)已標(biāo)定的穿刺點(diǎn)進(jìn)針和實(shí)施相應(yīng)手術(shù)。整個(gè)手術(shù)過程20分鐘。手術(shù)后，患者自己下床、穿鞋、走出手術(shù)室。三天后，患者出院了，雙眼視力均恢復(fù)到0.9。

　　腦外科機(jī)器人輔助系統(tǒng)

　　該腦外科機(jī)器人輔助系統(tǒng)是由北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)和海軍總院共同研制開發(fā)的。1997年5月用該機(jī)器人為病人實(shí)施了首例開顱手術(shù)，到2000年11月已為140多位病人實(shí)施了這種手術(shù)。2000年11月在北京舉辦“中美醫(yī)用機(jī)器人臨床應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)”。15日上午，美國心外科機(jī)器人和中國腦外科機(jī)器人分別實(shí)施臨床手術(shù)。消毒、在胸部打三個(gè)小孔、機(jī)械手伸入胸腔，四樓的手術(shù)室里，來自美國的機(jī)器人開始對59歲的患者進(jìn)行冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)。這種名叫伊索的機(jī)械手臂伸入到胸腔內(nèi)，隨著醫(yī)生“上、下、左、右”的指令在0.2至1厘米的范圍內(nèi)移動(dòng)，尋找用于搭橋的乳內(nèi)動(dòng)脈。美國機(jī)械手臂研制公司的副總裁張先生介紹說，傳統(tǒng)手術(shù)中取乳內(nèi)動(dòng)脈要用45分鐘，而利用機(jī)械手臂只要15分鐘左右就可以完成。如果不采用這一手術(shù)方式，病人會(huì)留下一個(gè)20厘米長的切口，由于借助機(jī)械手臂上的內(nèi)窺鏡，醫(yī)生的視野更清晰，可以在手術(shù)圖象上直接操作，這次在病人胸部的切口只有5厘米。二樓手術(shù)室里，中國機(jī)器人正在為61歲的王女士進(jìn)行腦部的“活檢”。主刀醫(yī)師趙先生說，像王女士這樣病灶較深的腦外手術(shù)，以前要把四個(gè)釘子扎到顱骨上，戴著一個(gè)金屬大框架，到處去做CT、核磁掃描。借助機(jī)械手臂，病人就可以拋掉大框架，借助機(jī)械手臂來定位，并為醫(yī)生提供手術(shù)平臺。醫(yī)生通過手術(shù)臺旁邊的計(jì)算機(jī)屏幕，就可以為手術(shù)確定病灶點(diǎn)，原來至少要用半天時(shí)間才能完成的手術(shù)，現(xiàn)在30分鐘就完成了。9時(shí)開始的手術(shù)，不到10時(shí)，王女士就輕松地走下手術(shù)臺，“腦里面松快多了”，王女士笑著說。輔助手術(shù)機(jī)器人的研制者之一，海軍總醫(yī)院全軍神經(jīng)外科中心田增民教授介紹說，現(xiàn)在神經(jīng)外科手術(shù)的發(fā)展趨勢是追求安全性、微創(chuàng)性和精確性，使用機(jī)器人系統(tǒng)符合了這些要求，并且在微創(chuàng)傷方面獲得了傳統(tǒng)治療方法不可比擬的良好效果。在使用機(jī)器人系統(tǒng)之前，國內(nèi)外普遍采用的是有框架腦立體定向手術(shù)，即在患者的顱骨上鉆4個(gè)小洞，然后固定一個(gè)金屬框架。醫(yī)生通過這個(gè)框架（也就是一個(gè)坐標(biāo)系）來確定病灶的具體位置，并決定手術(shù)的位置。采用機(jī)器人系統(tǒng)，不但沒有了固定框架給患者帶來的痛苦和給醫(yī)生帶來的操作不便，而且提高了定位精度和操作的可視性，為患者最大限度地減少了手術(shù)創(chuàng)傷。

　　機(jī)器人在醫(yī)療方面的應(yīng)用越來越多，比如用機(jī)器人置換髖骨、用機(jī)器人做胸部手術(shù)等。這主要是因?yàn)橛脵C(jī)器人做手術(shù)精度高、創(chuàng)傷小，大大減輕了病人的痛苦。從世界機(jī)器人的發(fā)展趨勢看，用機(jī)器人輔助外科手術(shù)將成為一種必然趨勢。

　　口腔修復(fù)機(jī)器人

　　牙齒是人類健康的保護(hù)神，擁有一口結(jié)實(shí)、完好的牙齒是身體健康的保證。然而隨著人年齡的增長，牙齒將會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)脫落。目前，世界上大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都步入了老齡化社會(huì)，很多老人出現(xiàn)了全口牙齒脫落。全口牙齒脫落的患者，稱為無牙頜，需用全口義齒修復(fù)。在我國目前有近1200萬無牙頜患者。人工牙列是恢復(fù)無牙頜患者咀嚼、語言功能和面部美觀的關(guān)鍵，也是制作全口義齒的技術(shù)核心和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的全口義齒制作方式是由醫(yī)生和技師根據(jù)患者的頜骨形態(tài)靠經(jīng)驗(yàn)，用手工制作，無法滿足日益增長的社會(huì)需求。北京大學(xué)口腔醫(yī)院、北京理工大學(xué)等單位聯(lián)合成功研制出口腔修復(fù)機(jī)器人。

　　這是一個(gè)由計(jì)算機(jī)和機(jī)器人輔助設(shè)計(jì)、制作全口義齒人工牙列的應(yīng)用試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用圖像、圖形技術(shù)來獲取生成無牙頜患者的口腔軟硬組織計(jì)算機(jī)模型，利用自行研制的非接觸式三維激光掃描測量系統(tǒng)來獲取患者無牙頜骨形態(tài)的幾何參數(shù)，采用專家系統(tǒng)軟件完成全口義齒人工牙列的計(jì)算機(jī)輔助統(tǒng)計(jì)。另外，發(fā)明和制作了單顆塑料人工牙與最終要完成的人工牙列之間的過渡轉(zhuǎn)換裝置——可調(diào)節(jié)排牙器。

　　基于機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)排牙的任意位置和姿態(tài)控制。利用口腔修復(fù)機(jī)器人相當(dāng)于快速培養(yǎng)和造就了一批高級口腔修復(fù)醫(yī)療專家和技術(shù)員。利用機(jī)器人來代替手工排牙，不但比口腔醫(yī)療專家更精確地以數(shù)字的方式操作，同時(shí)還能避免專家因疲勞、情緒、疏忽等原因造成的失誤。這將使全口義齒的設(shè)計(jì)與制作進(jìn)入到既能滿足無牙頜患者個(gè)體生理功能及美觀需求，又能達(dá)到規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、工業(yè)化的水平，從而大大提高其制作效率和質(zhì)量。

　　進(jìn)入血管的機(jī)器人

　　在美國洛杉磯市舉行的一次新聞發(fā)布會(huì)上，與會(huì)者在投影屏幕上看到了這樣一組鏡頭：字幕：

　　2005年的某一天，一個(gè)由直徑只有30微米的齒輪裝配成的小小機(jī)器人，被植入血管里。這個(gè)小小機(jī)器人像潛水艇一樣在血液的河流中自由自在地游動(dòng)著。一旦遇到血管中淤積或飄浮的膽固醇、脂肪，它們就毫不留情地?fù)渖先?，迅速將其撕爛嚼碎。同兇惡的病毒相遇時(shí)，它們也毫不畏懼，挺身而出。

　　可是，病毒是很狡猾的，它們眼看對方來勢兇猛，往往會(huì)裝出一副縮頭縮尾的可憐相，好像已經(jīng)投降；或者干脆一下子躺下，一動(dòng)不動(dòng)，似乎已經(jīng)成了一具僵尸。機(jī)器人善良大度，它們大踏步地從這些已經(jīng)放下武器的敵人身邊走過。

　　但是，受到優(yōu)待的病毒并沒有就此罷休，等機(jī)器人擦肩而過后，它們一躍而起，開始從背后惡狠狠地攻擊機(jī)器人，機(jī)器人不斷倒下。

　　您別著急，這些機(jī)器人體內(nèi)有糾錯(cuò)程序。它們中的許多機(jī)器人在吃了一次虧之后，只要不是光榮犧牲，它們便能自動(dòng)調(diào)整行為方式。于是，機(jī)器人不再老實(shí)可欺。它們見到病毒后，不管它們?nèi)绾蝹窝b，非要?dú)⑺鼈€(gè)片甲不留。

　　病毒也隨機(jī)應(yīng)變，當(dāng)它們同機(jī)器人相遇時(shí)，便拼命膨脹軀體，虛張聲勢，竭力裝出一副兇神惡煞的模樣?？墒?，大腦內(nèi)藏有“超級勇敢”程序的機(jī)器人，英勇善戰(zhàn)，視死如歸，決心以自己的生命來捍衛(wèi)主人的健康。于是機(jī)器人同病毒進(jìn)行了激烈的大搏殺。最后，病毒被不斷殲滅。病毒的碎塊不斷滲透出血管，流入腎臟，通過尿液排除體外。于是動(dòng)脈暢通無阻，人體更加健康。

　　上述有關(guān)超微技術(shù)的劇情，是根據(jù)科學(xué)家的設(shè)想編造出來的，但這并不是無法實(shí)現(xiàn)的夢想，隨著微機(jī)電技術(shù)的發(fā)展，幻想正一步步走向現(xiàn)實(shí)。

　　1988年5月27日，美國加利弗尼亞大學(xué)的兩位華裔研制出了只有76微米（3‰英寸）的微馬達(dá)。

　　1991年11月，日本電子公司的科研人員在當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的“電子隧道掃描顯微鏡”下，用“超微針尖”，將硅原子排成金字塔形的“凹棱錐體”，它只有36個(gè)原子那樣高，這是人類首次用手工排列原子，在世界原子物理界引起轟動(dòng)。

　　1996年7月，美國哈佛大學(xué)研制成功了直徑只有7微米的渦輪機(jī)。一張郵票上可以放置幾千個(gè)這種渦輪機(jī)。只有在超高倍顯微鏡下才能看清楚它的外形和結(jié)構(gòu)。我國也已研制出了1毫米電機(jī)。

　　超微技術(shù)現(xiàn)在與老百姓關(guān)系還不密切，這主要是因?yàn)樗鼈冞€不實(shí)用。對此，美國斯坦福大學(xué)的現(xiàn)代超微物理學(xué)專家本杰明·金博士作了這樣的描述：“未來人們將研制出高度智能化的人造跳蚤、蜘蛛等動(dòng)物。它們集超微型電腦、驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)裝置、傳感器、電源等于一體，成為人類十分獨(dú)特、而且非常得力的助手。它們將廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航天、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。除了人們津津樂道的注入血管清除毒物的功能外，在外科手術(shù)上還可用微馬達(dá)來縫合神經(jīng)、微血管、眼球等；還可用它來深入人體內(nèi)臟，如腎、心臟等作檢查。將成千上萬個(gè)“跳蚤”機(jī)器人搬入農(nóng)田，消滅害蟲，使農(nóng)業(yè)豐收，又防止了因使用農(nóng)藥造成的環(huán)境污染……。”

　　智能輪椅

　　隨著社會(huì)的發(fā)展和人類文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來愈需要運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)來改善他們的生活質(zhì)量和生活自由度。因?yàn)楦鞣N交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病，每年均有成千上萬的人喪失一種或多種能力（如行走、動(dòng)手能力等）。因此，對用于幫助殘障人行走的機(jī)器人輪椅的研究已逐漸成為熱點(diǎn)，如西班牙、意大利等國，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所也成功研制了一種具有視覺和口令導(dǎo)航功能并能與人進(jìn)行語音交互的機(jī)器人輪椅。

　　機(jī)器人輪椅主要有口令識別與語音合成、機(jī)器人自定位、動(dòng)態(tài)隨機(jī)避障、多傳感器信息融合、實(shí)時(shí)自適應(yīng)導(dǎo)航控制等功能。

　　機(jī)器人輪椅關(guān)鍵技術(shù)是安全導(dǎo)航問題，采用的基本方法是靠超聲波和紅外測距，個(gè)別也采用了口令控制。超聲波和紅外導(dǎo)航的主要不足在于可控測范圍有限，視覺導(dǎo)航可以克服這方面的不足。在機(jī)器人輪椅中，輪椅的使用者應(yīng)是整個(gè)系統(tǒng)的中心和積極的組成部分。對使用者來說，機(jī)器人輪椅應(yīng)具有與人交互的功能。這種交互功能可以很直觀地通過人機(jī)語音對話來實(shí)現(xiàn)。盡管個(gè)別現(xiàn)有的移動(dòng)輪椅可用簡單的口令來控制，但真正具有交互功能的移動(dòng)機(jī)器人和輪椅尚不多見。

　　爬纜索機(jī)器人

　　斜拉橋以其優(yōu)美的外觀及良好的抗震性越來越得到橋梁設(shè)計(jì)師的青睞。自從1956年在瑞典建成曹姆松特斜拉橋以來，到1993年全世界已有300余座斜拉橋。我國自1975年在四川云陽建成第一座斜拉橋之后，至今共建成40余座斜拉橋。

　　斜拉橋的主要受力構(gòu)件是纜索，但其長期暴露在大氣之中，受到風(fēng)吹、日曬、雨淋和環(huán)境污染的侵蝕，其表面會(huì)受到較嚴(yán)重的破壞，這會(huì)對整座斜拉橋帶來不利的影響。因此，對纜索的有效維護(hù)是十分必要的。斜拉橋以其獨(dú)特的構(gòu)型吸引著眾多的觀光者，為現(xiàn)代化都市增添了一道亮麗的風(fēng)景線。但人們在驚嘆斜拉橋壯觀的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)美中不足的是大多數(shù)斜拉橋的纜索都是黑色，色彩的單調(diào)影響了斜拉橋的魅力。所以，近年來彩化斜拉橋成了許多橋梁專家追求的目標(biāo)。

　　目前，彩化斜拉橋的方法有三種，即彩色繞包、全材彩化及彩色涂裝，其中彩色涂裝是最經(jīng)濟(jì)且柔性較大的方法。到目前為止，國內(nèi)外對斜拉橋纜索進(jìn)行彩色涂裝主要采用兩種方法，一種是針對小型斜拉橋使用液壓升降平臺進(jìn)行纜索涂裝，另一種是利用預(yù)先裝好的塔頂?shù)亩c(diǎn)，用鋼絲托動(dòng)吊籃搭載工作人員沿纜索進(jìn)行涂裝。前一種方法的工作范圍十分有限，后一種方法是許多斜拉橋采用的普遍方法，但采用人工方法進(jìn)行高空涂裝作業(yè)不僅效率低、成本高，而且危險(xiǎn)性大，尤其是在風(fēng)雨天就更加危險(xiǎn)。為此，上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所于1997年與上海黃浦江大橋工程建設(shè)處合作研制了一臺斜拉橋纜索涂裝維護(hù)機(jī)器人樣機(jī)。

　　該機(jī)器人系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是機(jī)器人本體，一部分是機(jī)器人小車。機(jī)器人本體可以沿各種傾斜度的纜索爬升，在高空纜索上自動(dòng)完成檢查、打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂及一系列的維護(hù)工作。機(jī)器人本體上裝有CCD攝像機(jī)，可隨時(shí)監(jiān)視工作情況。另一部分地面小車，用于安裝機(jī)器人本體并向機(jī)器人本體供應(yīng)水、涂料，同時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的高空工作情況。

　　機(jī)器人具有以下功能：

　　沿索爬升功能

　　機(jī)器人可沿任意傾斜度的纜索爬升，可爬升的纜索標(biāo)高為160米，纜索傾斜度0～90(，可適應(yīng)的纜索直徑為90～200毫米，機(jī)器人爬升速度為8米/秒。

　　纜索檢測功能

　　機(jī)器人上裝有鋼絲繩檢測系統(tǒng)，可沿纜索檢測鋼絲是否有斷絲，以便及時(shí)更換纜索。

　　纜索清洗功能

　　在機(jī)器人本體上配備有各種形狀的清洗刷和特定的水基清洗液，可完成纜索去塵、脫脂和去聚乙烯表面靜電等工作。

　　具有一定智能

　　機(jī)器人具有良好的人機(jī)交互功能，在高空可以判斷是否到頂、風(fēng)力大小等一些環(huán)境情況，并實(shí)施相應(yīng)的動(dòng)作。

　　高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人

　　隨著城市的現(xiàn)代化，一座座高樓拔地而起。為了美觀，也為了得到更好的采光效果，很多寫字樓和賓館都采用了玻璃幕墻，這就帶來了玻璃窗的清洗問題。其實(shí)不僅是玻璃窗，其它材料的壁面也需要定期清洗。

　　長期以來，高樓大廈的外墻壁清洗，都是“一桶水、一根繩、一塊板”的作業(yè)方式。洗墻工人腰間系一根繩子，悠蕩在高樓之間，不僅效率低，而且易出事故。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種狀況已有所改善，目前國內(nèi)外使用的主要方法有兩種：一種是靠升降平臺或吊藍(lán)搭載清潔工進(jìn)行玻璃窗和壁面的人工清洗；另一種是用安裝在樓頂?shù)能壍兰八鞯跸到y(tǒng)將擦窗機(jī)對準(zhǔn)窗戶自動(dòng)擦洗。采用第二種方式，要求在建筑物設(shè)計(jì)之初就將擦窗系統(tǒng)考慮進(jìn)去，而且它無法適應(yīng)階梯狀造型的壁面，這就限制了這種方法的使用。

　　改革開放以后，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)有了快速的發(fā)展，高層建筑如雨后春筍，比比皆是。但由于建筑設(shè)計(jì)配套尚不規(guī)范，國內(nèi)絕大多數(shù)高層建筑的清洗都采用吊藍(lán)人工完成?；谶@種情況，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢與鐵道部北京鐵路局科研所為北京西客站合作開發(fā)了一臺玻璃頂棚（約3000平米）清洗機(jī)器人。

　　該機(jī)器人由機(jī)器人本體和地面支援機(jī)器人小車兩大部分組成。機(jī)器人本體是沿著玻璃壁面爬行并完成擦洗動(dòng)作的主體，重25公斤，它可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況靈活自如地行走和擦洗，而且具有很高的可靠性。地面支援小車屬于配套設(shè)備，在機(jī)器人工作時(shí)，負(fù)責(zé)為機(jī)器人供電、供氣、供水及回收污水，它與機(jī)器人之間通過管路連接。

　　目前我國從事大樓清洗機(jī)器人研究的還有哈爾濱工業(yè)大學(xué)和上海大學(xué)等，他們也都有了自己的產(chǎn)品。

　　大樓清洗機(jī)器人是以爬壁機(jī)器人為基礎(chǔ)開發(fā)出來的，它只是爬壁機(jī)器人的用途之一。爬壁機(jī)器人有負(fù)壓吸附和磁吸附兩種吸附方式，大樓擦窗機(jī)器人采用的是負(fù)壓吸附方式。磁吸附爬壁機(jī)器人也已在我國問世，并已在大慶油田得到了應(yīng)用。

　　消防機(jī)器人

　　常言道水火無情，這其中道出了水火對人類的威脅及人們對水火的無奈。提起火災(zāi)，人們會(huì)聯(lián)想起一起起悲劇。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，僅1995年一年我國就發(fā)生火災(zāi)38000起，死亡2233人，受傷3770人，直接經(jīng)濟(jì)損失10.8億多元。1997年發(fā)生火災(zāi)14萬余起，死亡2722人，傷4930人，造成財(cái)產(chǎn)損失15.4億元。多么觸目驚心的數(shù)字啊！

　　面對無情的火災(zāi)，公安部上海消防研究所、上海交通大學(xué)、上海市消防局共同制定了研制消防機(jī)器人的計(jì)劃。經(jīng)過3年的研究，我國第一臺消防機(jī)器人已經(jīng)誕生。消防機(jī)器人可以行走、爬坡、跨障、噴射滅火，可以進(jìn)行火場偵察。

　　近年來，我國石化等基礎(chǔ)工業(yè)有了飛速的發(fā)展，在生產(chǎn)過程中的易燃易爆和劇毒化學(xué)制品急劇增長，由于設(shè)備和管理方面的原因，導(dǎo)致化學(xué)危險(xiǎn)品和放射性物質(zhì)泄漏、燃燒爆炸的事故增多。消防機(jī)器人作為特種消防設(shè)備可代替消防隊(duì)員接近火場實(shí)施有效的滅火救援、化學(xué)檢驗(yàn)和火場偵察。它的應(yīng)用將提高消防部隊(duì)撲滅特大惡性火災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)能力，對減少國家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡將產(chǎn)生重要的作用。在深圳清水河火爆炸、南京金陵石化火災(zāi)、北京東方化工廠罐區(qū)火災(zāi)等事件發(fā)生后，國內(nèi)消防部隊(duì)要求研制、配備消防機(jī)器人的呼聲越來越高。此次消防機(jī)器人的研制成功，對我國21世紀(jì)的消防裝備的發(fā)展以及消防部隊(duì)的技戰(zhàn)術(shù)的拓展將產(chǎn)生重要的影響。

　　救援機(jī)器人

　　不僅在我國，在世界上消防工作也是一個(gè)大難題，各國政府都千方百計(jì)地將火災(zāi)的損失降到最低點(diǎn)。

　　1984年11月，在日本東京的一個(gè)電纜隧道內(nèi)發(fā)生了一起火災(zāi)，消防隊(duì)員不得不在濃煙和高溫的危險(xiǎn)環(huán)境下在隧道內(nèi)滅火。這次火災(zāi)之后，東京消防部開始對能在惡劣條件下工作的消防機(jī)器人進(jìn)行研究，目前已有五種用途的消防機(jī)器人投入使用。

　　遙控消防機(jī)器人

　　1986年第一次使用了這種機(jī)器人。當(dāng)消防人員難于接近火災(zāi)現(xiàn)場滅火時(shí)，或有爆炸危險(xiǎn)時(shí)，便可使用這種機(jī)器人。這種機(jī)器人裝有履帶，最大行駛速度可達(dá)10公里/小時(shí)，每分鐘能噴出5噸水或3噸泡沫。

　　噴射滅火機(jī)器人

　　這種機(jī)器人于1989年研制成功，屬于遙控消防機(jī)器人的一種，用于在狹窄的通道和地下區(qū)域進(jìn)行滅火。機(jī)器人高45厘米，寬74厘米，長120厘米。它由噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)或普通發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場時(shí)，為了撲滅火焰，噴嘴將水流轉(zhuǎn)變成高壓水霧噴向火焰。

　　消防偵察機(jī)器人

　　消防偵察機(jī)器人誕生于1991年，用于收集火災(zāi)現(xiàn)場周圍的各種信息，并在有濃煙或有毒氣體的情況下，支援消防人員。機(jī)器人有4條履帶，一只操作臂和9種采集數(shù)據(jù)用的采集裝置，包括攝像機(jī)、熱分布指示器和氣體濃度測量儀。

　　攀登營救機(jī)器人

　　攀登營救機(jī)器人于1993年第一次使用。當(dāng)高層建筑物的上層突然發(fā)生火災(zāi)時(shí)，機(jī)器人能夠攀登建筑物的外墻壁去調(diào)查火情，并進(jìn)行營救和滅火工作。該機(jī)器人能沿著從建筑物頂部放下來的鋼絲繩自己用絞車向上提升，然后它可以利用負(fù)壓吸盤在建筑物上自由移動(dòng)。這種機(jī)器人可以爬70米高的建筑物。

　　救護(hù)機(jī)器人

　　救護(hù)機(jī)器人于1994年第一次投入使用。這種機(jī)器人能夠?qū)⑹軅藛T轉(zhuǎn)移到安全地帶。機(jī)器人長4米，寬1.74米，高1.89米，重3860公斤。它裝有橡膠履帶，最高速度為4公里/小時(shí)。它不僅有信息收集裝置，如電視攝像機(jī)、易燃?xì)怏w檢測儀、超聲波探測器等；還有2只機(jī)械手，最大抓力為90公斤。機(jī)械手可將受傷人員舉起送到救護(hù)平臺上，在那里可以為他們提供新鮮空氣。

　　2000年11月，奧地利雪山纜車在隧道中發(fā)生火災(zāi)，死亡160余人。由于隧道中黑暗、陰冷、濃煙密布，滅火和清理現(xiàn)場工作十分艱難。這再次說明了特種消防設(shè)備的重要。