多功能救援机器人的创新设计

摘 要： 本文从多功能救援的角度分析了当前的救援机器人功能、外观、操作方式、使用环境等因素，归纳出多功能救援机器人新的设计方案。功能上以人机工程学的理论为依据对救援机器人各部分进行合理的组织，履带采用收缩结构加大越野性能，便于伤员的运输，同时把救援担架和简易手术台进行组合设计；色彩上采用白色为主体色，黄色为辅助色，起到救援警示作用；动力上以燃油为主动力系统，太阳能电板为辅助动力系统。通过上述具体设计，实现机器人救援的多功能化，解决了伤员的运输和急救。最终实现多功能救援机器人功能与外观的和谐统一，满足灾后救援的多方位需求。

关 键 词：多功能 救援机器人 人机工程 外观

引言

据统计，目前全球每天约有800多起大大小小的灾难，而几乎大部分的救援场合人类很难第一时间进入灾难发生地。统计显示，全球在近一百年地震死亡人数超过110万，而由于救援场合的复杂，人类不能及时进入救援，导致近三成的人被困死在灾难发生区。目前，我国地震，泥石流等发生频繁，许多人在灾难发生后得不到及时救援而丧失生命。更可怕的是，救援人员在地震发生后对受害者实施救援时，房屋的倒塌会威胁救援人员的生命。据联合国国际救援组织统计，70%的人生命在灾难发生时候直接丧失，而30%的人是由于救援的不及时和救援场合的复杂，耽误最佳救援时间。通过上述的数据可以得知，地震，泥石流，海啸等灾难对人类产生巨大的危害。而在现代高科技技术不断发展的今天，多功能救援机器人的开发为我们的灾后救援搭建了平台，符合人们的生活需求，它作为一款新型的产品在救援中得到了广泛的应用，然而传统的救援机器人造型存在各种各样的缺点和隐患，比如体积庞大、沉重、色彩单一等等，因此本课题正是针对这些问题而提出并进行设计的。

一、救援机器人的发展趋势

目前机器人灾难救援还有很大的发展空间，在一些发达国家由于科学技术的领先，救援机器人技术发展比较迅速。救援机器人的智能化与自动化、拟人化、逻辑分析能力将是未来救援机器人的技术发展趋势。

1.智能化与自动化

智能救援机器人，既然已经被赋予“人”的特殊称义，那当然需要有比较完美的语言功能，这样就能与人类进行一定的，甚至完美的语言交流，所以机器人语言功能的完善是一个非常重要的环节。对于未来智能机器人的语言交流功能会越来越完美化，是一个必然性趋势，在人类的完美设计程序下，它们能轻松地掌握多个国家的语言，远高于人类的学习能力。另外，机器人还能进行自我的语言词汇重组能力，就是当人类与之交流时，若遇到语言包程序中没有的语句或词汇时，可以自动地用相关的或相近意思词组，按句子的结构重组成一句新句子来回答，这也相当于类似人类的学习能力和逻辑能力，是一种意识化的表现。

2.拟人化

科学家们研制越来越高级的智能救援机器人，是主要以人类自身形体为参照对象的。自然先需有一个很仿真的人型外表是首要前提，在这一方面日本应该是相对领先的，国内也是非常优秀的。当几近完美的人造皮肤，人造头发，人造五管等恰到好处地遮盖于金属内在的机器人身上时，站在那里还配以人类的完美化正统手势。这样从远处乍一看，你还真的会误以为是一个大活人。当走近时，细看才发现原来只是个机器人，对于未来机器人，仿真程度很有可能达到即使你近在咫尺细看它的外在，你也只会把它当成人类，很难分辩是机器人，这种状况就如美国科幻大片《终结者》中的机器人物造型具有极至完美的人类外表。

3.逻辑分析能力

对于智能救援机器人为了完美化模仿人类，未来科学家会不断地赋予它许多逻辑分析程序功能，这也相当于是智能的表现。如自行重组相应词汇成新的句子是逻辑能力的完美表现形式，还有若自身能量不足，可以自行充电，而不需要主人帮助，那是一种意识表现。总之逻辑分析有助人机器人自身完成许多工作，在不需要人类帮助的同时，还可以尽量地帮助人类完成一些任务，甚至是比较复杂化的任务。在一定层面上讲，机器人有较强的逻辑分析能力，是利大于弊的。

二、救援机器人的设计构想

1.外观设计上分析

市场上的救援机器人造型是传统的方方正正的，像一个盒子一样，看上去很麻木，很沉重压抑，只是简单地将技术、材料加在一起的美化设计，另一个方面，就是厂家还是为了利润，没有考虑到的人的使用方式，本来救援机器人与救援担架是一个整体，他们却分开设计，这样不能帮助伤员的急救，也造成了伤员运输的困难。其实在灾难发生后，即使伤员被救出灾难发生地，必须要送到安全的地点才能避免第二次伤害。重点应放在时尚感、科技感及人性化等方面，况且这些也是与时代特征和科技以人为本相一致的。

2.使用方式上的分析

多功能救援机器人是由三部分组成的即履带，主机身，智能摄像头。而救援机器人和救援担架在实际生产工艺水平上是可以组合在一起的，但是，市场上却很少见，原因在于没有真正的考虑到人的使用方式，特别是在伤员的运输，手术等问题，还是延续着分散的设计格局，看上去很不和谐，不仅价格昂贵，额外的会增加成本，更重要的是浪费了资源。

3.显示布局上的分析

从现有的救援机器人显示布局上来看，存在着尺寸大小不合适、布局混乱、操作复杂、界面色彩比较单一等问题。现代多功能救援机器人利用智能屏幕作为显示设备已成趋势，显示布局要设计的更为合理性。真正的实现人机对话。

4.色彩上的分析

在国内的机型当中，色彩上的搭配，无非就是三种颜色，黑，白，灰，可谓是色彩单一。救援机器人属于救援产品，在颜色上杜绝花花绿绿，应该在简单的色彩搭配中不失前卫，科技。

5.材料上使用分析

市场上的救援机器人在此方面很少考虑不同材料所具有的特有魅力。实际上对同一产品进行不同材料的使用是设计成功的一条非常有效的以及节约成本的手段之一。像苹果电脑，相同的品牌、技术、类似的造型元素，仅仅以半透明的材料为机壳，就创造了世纪末的一个神话，形成一种潮流。因此，作为全新多功能救援机器人设计在创新方面所应考虑的也就很多了，而材料方面也是绝不可以忽视的因素。

多功能救援机器人在设计上更注重人性化设计，符合人机工程学，以适应救援的需求。外观上简洁、美观，在视觉、心理上都给人易用感觉，从而在使用方式上让救援机器人成为救援最佳的选择。

多功能救援机器人设计的原则主要围绕救援展开。在灾难发生的地区一定有许多伤员等待救援和运输。一般的救援机器人只是局限于对伤员的发现，多功能救援机器人结合了救援担架和简易手术台的功能。同时，履带进行了进一步的改良设计，采用四个履带作为驱动系统，而中间的两个履带可以达到伸缩的效果。大大提高了多功能救援机器人的越野性能。

三、多功能救援机器人设计思路展开

据设计定位向产品本身的功能扩展，多功能救援机器人具有发现伤员位置、运输伤员、临时手术台、运送急救药品等功能。新的多功能救援机器人设计特别是在使用方式上，应该考虑多方面的，如收纳的问题，传统的救援机器人和救援担架是分开设计的，而我的设计是把救援机器人和救援担架在有机的形态中融合在了一起，如图一所示，把分散的格局进行了整合，增加了和谐的因素，实现了一机多能的作用，这样救援担架可以方便拆卸，又便于清洁处理，又可以独立使用，可靠又安全，便于复杂灾区的救援，更重要的是体现了人性化设计。救援担架可以在机器人旋一百八十度旋转后，作为一个简易担架。并且在履带的中间部位放置了救援药箱，便于灾后急救。

同时，在整个机器人的上部分的机舱外面采用了太阳能电板，这样可以节约能源的使用，避免在突发救援场所出现机器人没有动能不能工作的状态。太阳能电板不是机器人工作时候的主要动力，是一种辅助作用。如图2所示，体现了救援机器人的设计思路。在机器人正常工作的时候，太阳能电板就开始储蓄电能，是一种应急状态下的设备。主要不仅节约了机器人的动力资源，还能避免一些突发救援情况。

通过以上分析，可以说救援机器人最大的用武之地就是灾难发生地区，主要集中在地震，泥石流，火灾等教频繁的地方。如何实现救援机器人的多功能化，这就是思考的问题。

四、多功能救援机器人的创新设计

材料上本文选用常用的铝合金材质做多功能救援机器人上部分的底壳，户外的环境决定了救援机器人的用料要具有抗高温、抗腐蚀，抗挤压、杰出的耐疲劳性和耐油性，应用时尺寸的稳定性。

如图3所示，选用常用的工程塑料外壳作为救援机器人急救药用箱的材料。户外环境的特性决定了机器人的急救药用箱要有较高的硬度和耐磨性、极强的附着能力、较强的吸附能力、良好的抗蚀性和电绝缘性及高的热绝缘性。

在壳体上部的太阳能电池部分选用多晶硅太阳电池，他的出现主要是为了降低成本，其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，设备比较简单，制造的过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。晶界及杂质影响可通过电池加工工艺进行改善；由于材质和晶界影响，电池效率较低。电池工艺主要采用吸杂、钝化、等技术。

履带的行走轮采用橡胶材质，其弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易与其它材料粘合，在综合性能方面优于多数合成橡胶。防滑性好。

五、结语

本文主要对当前救援机器人外观形态、使用方式、使用材料、使用环境等方面的探讨，发现问题、分析问题、解决问题，从系统设计角度更考虑了伤员的运送，手术等系统设计元素；从形态上，色彩上，使用方式上，对现有救援机器人进行改良设计，特别在复杂的灾难发生地，运用设计的对称性法则把履带进行了整合与创新，体现了对产品进行人性化的再设计。救援机器人的设计具有了人性化品质、良好的操作方式、强大的功能，让新的产品更符合人的需求、社会的需求。

综合上所述，本文通过研究和探索，在新层次上构建出了的多功能救援机器人的新方案，基本完成了设计之初所提出的要求。但是，本次设计仍存在些不足，还有许多细节部分需要完善。而且该多功能救援机器人的设计并没有经过实物试验和使用测试，只是提出了一个新的使用方式理论，由理论到实际运用还有一定的距离。

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