救我

今天的搜索和救援机器人将专注于从紧凑，高效伺服电机的精密运动方面的监视。

忘了拟人的机器人摇篮人类受害者àla当天仍然站在那天。在最新的搜索和救援机器人中，大小是关键 - 较小，更好。如果一个开口足够大以承认人类救援人员，推理是如此，第一个响应者将蠕虫进入并做出更有效的检索工作。今天的超声波，高功率，无人机地面车辆（UGV）的好处在于他们收集信息的能力，无论是通过在敌方战斗人员中忽视还是通过折叠建筑物的瓦砾中的差距来定位受害者。“这是关于侦察的侦察和识别一系列战术反应的需求，”Recon Robotics Inc.的首席运营官Patrick McKinney说（埃德纳，明尼苏达州）。

典型的搜索和救援UGV以坚固的低，重心底盘开始，通常 - 尽管并不总是由伺服电机供电。一些设计似乎是战场上的难民，坦克式胎面和一个或多个铰接武器。其他人是非常不同的;例如，侦察侦察侦察员看起来更像是10磅哑铃（见图1）。至少，该单元具有相机，通常具有IR的IR照明和可见光探测器。虽然存在束缚设计，但更频繁地在电池电量和无线控制上运行，不含限制和可能抵消电线。无线方法呈现权衡，因为我们将讨论。

电源点
机器人设计师在每次转弯时面临冲突的需求。穿过瓦砾和其他粗糙地形需要大量的扭矩。例如，侦察员的4英寸的轮子需要能够爬上2个高障碍物。增加扭矩的最简单方法是选择更大的电机，但具有车辆的尺寸约束，即不是一个选项。第二种最简单的方法是添加一个齿轮头。不幸的是，这不仅提高了包装尺寸，它会减慢运动，这是救援情况下的不可接受的权衡。最后，好像没有足够的障碍，电池供电的单元必须使用当前的抽取和功耗平衡扭矩，以实现最长可能的运行时间。

就像水流下坡一样，所以UGVS工程师面临的问题被传递给他们的组件供应商。“我们的挑战是提供他们在限制的速度和扭矩，如果有的话，如果有的话，他们的包裹尺寸和重量”是兰迪绳子，总统中西部运动产品LLC（MMP）该公司为ugv的制造商提供运动控制组件监控和军械处理．“我们的方法之一是在发动机中使用高能磁铁，比如钕铁硼。镁钴或铝镍钴(AlNiCo)是其他的选择，但钕铁硼是目前首选的磁铁材料。”

当然，这是真实的世界，没有什么是免费的。更奇特和强大的磁铁材料涉及价格溢价。根据科德斯的说法，钕铁硼磁铁的价格是普通陶瓷磁铁的5到6倍。然而，重要的是要注意，磁铁价格并不直接与电机价格成正比。科德斯说:“磁铁的价格要贵五到六倍。”“钕铁硼磁铁电机的总功率可能比典型的陶瓷电机约为30%-50%。”ugv通常只配备少数几个发动机，这在一定程度上缓解了成本上升的影响。此外，该应用程序中性能和形状因素的重要性超过了成本问题。有时候，根本就没有替代品。

同时，不能仅仅为了扭矩而牺牲整个系统的目标。“你可以在一个特定的项目中投入尽可能多的能量，但那么电池的寿命会发生什么变化呢?”Cordes问道。“你消耗了太多的电力，因为电池的使用时间不够长，车辆的效用就丧失了。”最小的尺寸和重量的单位当然是因素，但齿轮马达的效率是关键(见图2)。

“给定电动机的后电动势常数越高，产生给定的扭矩值所需的电流量越低，因此在优化时发挥作用的东西，”他指出。“蜿蜒的特征起到非常重要的角色也是如此。“除了优化电机输出外，最大化的齿轮头效率还可以帮助延长电池寿命。通过较低动力输出分量，这种优化水平还可以通过更好地控制驱动电子设备的成本来提供辅助益处。

单是前进是不够的，UGV需要向正确的方向前进。单独的轮子或驱动踏板的驱动机制需要保持平衡，以便引导ugv沿着所需的路径行驶。Recon UGV设计采用闭环控制架构。陀螺仪为x轴(偏航)和z轴(俯仰)提供反馈，多轴加速度计为陀螺仪的方向提供反馈。在一起，回路允许单元比较电机的位置和方向，允许机器人按照需要进行控制。

环境保护
除了满足性能目标，搜索和救援UGV还需要足够坚固耐用，以存活尘土飞扬，肮脏，碎石填充的环境 - 而且更糟糕的是。为了加速部署，录音UGV旨在被抛出，而不是驱动到感兴趣的领域。例如，在SWAT团队情景中，侦察兵可以通过窗户或阳台折叠。因此，工程团队必须设计它以存活最低30英尺的液体混凝土。

对于启动器，包含相机和电子产品的横杆具有钛外壳，可用于最大保护（参见图3）。车轮由专有的聚氨酯混合物组成，其用作减震器。然而，冲击的挑战超出了由于休克而骨折或未对准。当机器人落地时，秋天的动能被翻译成轮子的突然旋转，这具有齿轮的潜力。为了防范这一点，工程团队开发了一种专利的机械离合器，在必要时自发地脱离。“它允许我们隔离轮子与小齿轮和电机的影响，”麦金尼说。“这允许车轮快速浮动而不会导致电机的问题。”当冲击结束时，离合器重新接合和UGV就可以从字面上滚动。

当团队改编原来的侦察设计到灾害反应时，他们必须开发一个可以穿过粗糙地形和生存污染的单位：“我们的原始设计更加专注于战术执法和军队在相对干净的城市环境中，”麦金尼说。“新的单位涉及之前的完全重新设计。它被证明是一个有趣的工程挑战，”他已经干涸了。除了更多的肌肉外，搜索和救援设计还具有尖刺的轮子，可以像草坪曝气器一样翻倍（见图4）。投影允许机器人爬过障碍物。

除了热和污垢外，UGV还可以面临严重的电气污染。具有高EMI水平的较旧的气候控制系统可以堵塞无线通信。问题是救援情况需要在一瞬间的通知中部署到响应者知之甚少的环境中。“我们并不总是在轰炸所在地中使用这些机器人，我们正在使用它们在射频频谱的城市环境中，”McKinney说。“操作环境中的RF拓扑未知，并成为指挥和控制的真正问题。”一个明显的解决方案是具有扩频和跳频功能的无线电，但这种设备对于可用的占地面积远远过大。“我所看到的最小[传播频谱]收音机在一边和四分之一英寸厚的几英寸，”麦金尼说。“这太大了。相反，我们回到绘图板上试图弄清楚处理[电气噪声]的最佳方法，找到一种新方法来屏蔽无线电或使用有趣的过滤。“

新的搜索和救援UGV可能很小，但它们面临着高的订单。无论他们的外形如何低，智能工程礼貌，他们都会升到这一场合。

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致谢

谢谢将Superdroidrobots的Charlie Cayne进行了有用的对话。