关于特种机器人的结构与运用领域浅析

所谓特种机器人，是指除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等。

特种机器人工作环境的多样性和复杂性，它不可能像工业领域的机器人那样总是具有良好结构化的或抑制的环境，其使用环境的有关信息往往是多义、不完全或不准确的，而且可能随着时间改变。

特种机器人的可移动性

特种机器的移动机构主要有：轮式、足式、履带式、混合式。

轮式机构

足式机构

履带机构

混合机构

近年来，特种机器人的发展非常迅速，新的机型不断问世;整机性能不断提高;应用领域越来越广泛，已经涉及到医疗、海洋探测、太空、娱乐、医疗卫生等很多领域。

按照服务范围和用途的不同，特种机器人可以分为民用和军用两大类。其中，民用机器人又可分为家务机器人、医用机器人、娱乐机器人、机器人化机器等;军用机器人又可分为排爆机器人、侦察机器人、战场机器人、扫雷机器人、空中机器人、水下机器人，有些分支发展很快，如空中机器人，即无人机。

消防（灭火）机器人

当发生火灾时，消防（灭火）机器人可以喷射60米至80米长的水柱，覆盖到三四层楼高。它的履带采用特殊材质加工而成，最高可承受750℃高温;可通过远程遥控行走、爬坡、登梯及跨越障碍物;适应多种环境，耐高温、抗热辐射、防雨淋、防化学腐蚀、防电磁干扰等，能够全天候持续工作。

消防（灭火）机器人独有的透雾及精准识别功能，可作为消防作战中的先遣兵，准确识别火场中遗留人员和火源位置，使得救援更有效、灭火更迅速。其自身装有自喷淋降温系统，可在火场中保持长时间作业的能力，甚至可穿越火带。

此外，这种机器人还具有“排爆”功能。它的机械臂灵活轻巧、自由度大、性能稳定，整体适应性强。其可在泥泞路面、城市废墟、煤矿及油田等多种地形快速移动，对危险物进行探测、抓取、转移、搬运、销毁，可代替安检人员到化工类易燃易爆场所对可疑物进行实地勘察。

管道检测机器人

地下管网犹如城市的“血管”和“神经系统”，关乎电力、排水、通信等安全，甚至关系到社会民生的发展。但当前我国城市管道系统尚无定期巡检制度，而且工作环境恶劣、检测难度大。

管道检测机器人“身材”小巧，可钻入直径小于80厘米的地下管道，具有防水、抗高温和重量轻等特点，可以超过0.5米/秒的速度在-30℃到50℃的环境中连续工作。

据了解，参照军用标准，管道检测机器人能通过多传感器融合技术准确判断管道泄漏点，检测管道内部是否存在破裂、变形、腐蚀、异物侵入、沉积、结垢和树根障碍物等病害，在施工、维护保养、定期检验中发挥重要作用。

在技术上，这种机器人包含履带式爬行器、控制系统以及电动收线车系统3部分。爬行器配备前置多维度旋转云台摄像头、470线分辨率、10倍光学变焦及白光高功率卤素灯照明，可在管道内直视和侧视，灵活观察，提供清晰的成像效果。同时，在高分辨率彩色监视器上实时显示管道内视频画面信息，以及声呐分析图像，并将所探测到的状况实时提供给检测工作人员，从而形成准确、专业的检测报告，为后期管道修复工作提供可靠依据。

水下机器人

水下机器人也称无人遥控潜水器，主要分两类，一类为观测级，主要用于海洋科考等，功率相对较小;另一类则为作业级，主要用于海洋救捞、海底施工作业等，功率相对较大。

水下机器人的厉害之处在于，它所处的水下环境要比水上环境更为复杂，所以其需要更加过硬的本领才能完成正常的工作。复杂的智能控制系统和监测识别系统是水下机器人的关键技术，保证了水下机器人可以正常稳定运动和看清周围环境。

目前全球范围内功率最大的无人遥控潜水器（ROV）。这台水下机器人主要用于对深海水下沉船沉物等进行应急救险、搜寻和打捞等作业，也能应用到海洋深水工程辅助作业等方面。它凭借其强大动力，能深入3000米海底，轻松提起4吨的重物。同时，该机器人的操作精度非常高，能达到几毫米，可在水下捡起一根针。

农林机器人

农林机器人可以提高劳动生产率，解决劳动力的不足;改善农业的生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害;提高作业质量等。

农业机器人有如下的特点：

1、农业机器人一般要求边作业边移动;

2、农业领域的行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围，较长的距离及遍及整个田间表面的特点;

3、使用条件变化较大，如气候影响，道路的不平坦和在倾斜的地面上作业，还须考虑左右摇摆的问题;

4、农业机器人的使用者是农民，不是具有机械电子知识的工程师，因此要求农业机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点。

农林嫁接机器人

嫁接机器人技术，是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术，它可在极短的时间内，把蔬菜苗茎杆直径为几毫米的砧木、穗木的切口嫁接为一体，使嫁接速度大幅度提高;同时由于砧、穗木接合迅速，避免了切口长时间氧化和苗内液体的流失，从而又可大大提高嫁接成活率。因此，嫁接机器人技术被称为嫁接育苗的一场革命。

林木球果采集机器人

球果采集机器人，可以在较短的林木球果成熟期大量采摘种子，对森林的生态保护、森林的更新以及森林的可持续发展等方面都有重要的意义。

林木球果采集机器人由机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成。

娱乐机器人--机器人“演奏家”

上海交通大学机器人所最近培育了一位“长笛演奏家”，只见它用10个金属手指灵活地按动发音孔，吹出一曲悠扬的《春江花月夜》。除了模拟手指，这位“演奏家”还有一个人工肺，吸气、吐气都受过“专门训练”，音域圆润而宽广。

编辑：lyn