日本救援機(jī)械人競賽

阪 神．淡路大地震發(fā)生后，促使了機(jī)械人和機(jī)械電子學(xué)的研究人員致力研究可應(yīng)用在救災(zāi)方面的機(jī)械技術(shù)，日本為了促進(jìn)救援系統(tǒng)的研發(fā)亦廣泛得到社會(huì)支持，教育國 民和宣傳也開始視為政府重點(diǎn)項(xiàng)目。因此，于1999年建議舉辦救援機(jī)械人競賽，至2001年正式成立委員會(huì)并首次召開競賽大會(huì)，今年第七屆的賽事亦在較早 前圓滿結(jié)束。救援機(jī)械人競賽是以模擬大規(guī)模城市災(zāi)害的拯救活動(dòng)作為題材的機(jī)械人競賽，它綜合了「教育」、「科學(xué)技術(shù)」、「社會(huì)性」三個(gè)范疇，競賽大會(huì)希望 藉活動(dòng)提升人民防災(zāi)和災(zāi)害應(yīng)對的相關(guān)意識，發(fā)掘和培育下一代的研究人員和技術(shù)人員。

比賽方式

比 賽分為兩個(gè)階進(jìn)行，隊(duì)伍必先通過預(yù)選賽，方可進(jìn)入正式選拔。預(yù)選賽規(guī)則會(huì)比正式選拔稍為寬松。預(yù)選賽中，隊(duì)員可以直接觀察場地來控制機(jī)械人。而傷者(人 偶)的分布位置更于賽前一天公布。賽后，由副裁判員負(fù)責(zé)檢查人偶，并衡量其損壞程度。當(dāng)正式選拔時(shí)，隊(duì)員需要在場地隔壁的控制室內(nèi)操控機(jī)械人，所以機(jī)械人 必須裝置無線攝錄機(jī)，將場地的映像傳送至控制室。人偶更內(nèi)置傳感器可探測賽時(shí)所受沖擊，比用肉眼檢查準(zhǔn)確得多。此外，正式選拔時(shí)，人偶的分布位置亦不會(huì)預(yù) 先公布，明顯提高了整個(gè)比賽的難度。后面將針對正式選拔的安排進(jìn)行介紹。

演示

賽前有三分鐘的演示，且屬評分一部分。隊(duì)伍需要向裁判團(tuán)介紹機(jī)械人的性能、創(chuàng)作歷程和救援活動(dòng)的戰(zhàn)術(shù)等，但若演示時(shí)間超過限時(shí)，將會(huì)被扣分。各隊(duì)伍只需預(yù)備個(gè)人計(jì)算機(jī)和講議，投映機(jī)和揚(yáng)聲器均由大會(huì)提供。

作戰(zhàn)會(huì)議

演示后是三分鐘的作戰(zhàn)會(huì)議。每隊(duì)唯一的隊(duì)長可登上看臺觀察場地，其余隊(duì)員都必須留在控制室內(nèi)。隊(duì)長可以在看臺范圍內(nèi)以大會(huì)認(rèn)可的手提攝錄機(jī)拍攝場地實(shí)況，所拍攝的映像會(huì)輸送到控制室，隊(duì)員可根據(jù)所拍攝的映像進(jìn)行分析及策劃作戰(zhàn)方案。

救援行動(dòng)

最 后便是十二分鐘的救援行動(dòng)。比賽時(shí)，場內(nèi)會(huì)有兩組隊(duì)伍的機(jī)械人，機(jī)械人先從起點(diǎn)出發(fā)，穿越一道45cm高及120cm闊的門，走過一段只有80cm闊的道 路方可到達(dá)模擬災(zāi)場。每隊(duì)需要在時(shí)限內(nèi)救出兩個(gè)人偶并把它們送回起點(diǎn)。比賽中，隊(duì)長仍可在看臺上拍攝場地，其余隊(duì)員就得在控制室內(nèi)，透過裝置在機(jī)械人身上 的攝影機(jī)拍攝賽場及操控機(jī)械人完成任務(wù)。

競賽各種細(xì)則

由 于救援機(jī)械人競賽主要模擬實(shí)際救災(zāi)的狀況，比賽的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也會(huì)跟其他機(jī)械人競賽有著分別，由機(jī)械人的設(shè)計(jì)、場地布置、輔助器具，全部都要經(jīng)過仔細(xì)考慮。不 過，鑒于現(xiàn)實(shí)的災(zāi)害現(xiàn)場也會(huì)存在很多的不明朗因素，救援機(jī)械人競賽的規(guī)限寬容度亦較大，主辦單位及參賽者受到的規(guī)限相對會(huì)減少，但也等如必需更花心思在各 項(xiàng)設(shè)計(jì)上。

機(jī)械人設(shè)計(jì)

大會(huì)對機(jī)械人設(shè)計(jì)規(guī)格抱放寬態(tài)度，盡量讓參加者有更多的創(chuàng)作空間。機(jī)械人的重量、尺寸、數(shù)目及運(yùn)動(dòng)方式等都沒有限制，只要機(jī)械人符合附表內(nèi)的條件就可。

機(jī)械人設(shè)計(jì)規(guī)則

1. 機(jī)械人必需通過安全檢驗(yàn)及不會(huì)對其他機(jī)械人造成干擾。
2. 避免裁判誤認(rèn)各隊(duì)伍的機(jī)械人，需在機(jī)械人身上加上所屬隊(duì)伍的號碼，并以油漆、帶子或布等加上明顯的特征。
3. 機(jī)械人必需設(shè)有緊急停止開關(guān)，以便裁判必要時(shí)使用。

場地布置

救援機(jī)械人競賽是個(gè)以大規(guī)模城市災(zāi)害救援為題材的機(jī)械人比賽，因此在賽場設(shè)計(jì)和規(guī)例方面都從現(xiàn)實(shí)角度考慮，如救援情況、場地障礙物、人偶的分布、機(jī)械人所受限制，均會(huì)模擬實(shí)際。后面是在場地布置時(shí)，必需注意的細(xì)則。

場地布置細(xì)則

1. 各隊(duì)選手一律不得走進(jìn)模擬災(zāi)場內(nèi)，必須以遠(yuǎn)程操縱方式控制機(jī)械人。
2. 賽場面積50mX50m，設(shè)有凹凸路障、斜坡、道路、高地和行人天橋等設(shè)施。
3. 斜坡的斜度最高為20度，它成為平地和高地的唯一通道。
4. 行人天橋的橫梁最少距離地面60cm高。
5. 賽場內(nèi)堆放了瓦礫和障礙物，如鐵塊及石磚般重的對象也是十分平常。
6. 人偶可分布在場地任何地方，甚至被瓦礫和障礙物遮掩。
7. 賽場有部分劃分為私有區(qū)域，除拯救傷者的情況下，機(jī)械人不得擅自進(jìn)入或觸碰私有區(qū)域的瓦礫。

人偶設(shè)計(jì)

人 偶好比災(zāi)場中的傷者，照顧人偶自然是首要的事。但如何知道隊(duì)伍是否適當(dāng)?shù)貙Υ伺寄?？那就要靠人偶身上的傳感器了。人偶的身體和頭部均置有壓力傳感器用來 探測于救援中所受的沖擊，配合三軸加速度傳感器更可檢測人偶身體的角度。這些傳感器會(huì)不斷發(fā)出電波信號，傳送到場外的計(jì)算機(jī)。如在拯救過程中將人偶撞向瓦 礫，用力不當(dāng)或運(yùn)送途中掉下人偶等，所受到的沖擊就會(huì)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，且該隊(duì)會(huì)被扣分。
鑒于過去所設(shè)計(jì)的人偶都較硬，而且只有一種尺寸，與現(xiàn)實(shí)情況不相符之余，亦造成選手會(huì)針對人偶大小而設(shè)計(jì)機(jī)械人的可能性，失去機(jī)械人拯救傷者的理念。因此 今屆更采用了新設(shè)計(jì)的人偶，新設(shè)計(jì)的人偶除身體柔軟外，尺寸和重量亦有兩種，分別是身長30cm(1kg)和23cm(0.5kg)，重量也比從前重得 多，符合現(xiàn)實(shí)的災(zāi)難場中，傷者的體形和年齡各異及拯救傷者時(shí)應(yīng)從保護(hù)傷者安全角度出發(fā)這兩個(gè)大前提。

控制室

控 制室是隊(duì)員操控機(jī)械人的地方，室內(nèi)放置了監(jiān)視器(計(jì)算機(jī)屏幕)5臺，用來顯示人偶發(fā)出的信號、手提攝錄機(jī)和機(jī)械人無線攝影鏡頭所拍攝的映像。比賽時(shí)，兩隊(duì)被 派放到各自的控制室內(nèi)，兩個(gè)控制室之有間的通訊則是鏈接的。這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是讓兩隊(duì)能夠互相傳達(dá)信息，想出救出人偶的可行路線，提高整個(gè)救援的速度。因?yàn)?/span> 有部份人偶是被瓦礫所遮擋，即使從高處以錄象機(jī)俯瞰也未能發(fā)現(xiàn)(死角位置)，必須兩隊(duì)互相合作交換拍攝的影像，才有可能發(fā)現(xiàn)。所以，比賽除講求隊(duì)員間的默 契外，隊(duì)伍與隊(duì)伍之間的協(xié)調(diào)也不可缺少。裁判團(tuán)會(huì)觀察隊(duì)員間和隊(duì)伍間的表現(xiàn)給予評分。

通信設(shè)備使用限制

為避免比賽時(shí)機(jī)械人的信號發(fā)生混亂，隊(duì)伍必須使用大會(huì)認(rèn)可的無線電控制套裝、無線LAN收發(fā)套裝和無線照相機(jī)，而且不能對組件的電路進(jìn)行改造。認(rèn)可的控制套裝會(huì)事先宣布。

通信設(shè)備需知

1. 使用無線電控制套裝的隊(duì)伍，比賽時(shí)須使用大會(huì)提供的接收和發(fā)射頻道晶體。
2. 使用無線LAN收發(fā)套裝的隊(duì)伍，其通訊規(guī)格須遵從大會(huì)所制定。而隊(duì)伍使用的IP地址會(huì)于賽前分配。
3. 每隊(duì)最多有三臺機(jī)械人使用無線電控制套裝和無線照相機(jī)。
4. 接受隊(duì)伍混合使用無線電控制套裝和無線LAN收發(fā)套裝。

評分標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn) 實(shí)情況中，救援行動(dòng)是分秒必爭的事，愈早將傷者救出提供適當(dāng)治療，可大大增加傷者存活機(jī)會(huì)。救援行動(dòng)迅速故然好，但保護(hù)和善代傷者(人偶)亦成了重點(diǎn)。主 辦委員亦重視這一點(diǎn)，制定了有關(guān)的評分標(biāo)準(zhǔn)，選手需要顧及傷者安全和妥善策劃救援行動(dòng)。更有裁判團(tuán)評審各隊(duì)伍的機(jī)械人性能，比賽中隊(duì)員間和隊(duì)伍間的表現(xiàn)。 比賽總得分為首回合得分、次回合得分及裁判團(tuán)評審三個(gè)分?jǐn)?shù)相加，回合得分由人偶生命指數(shù)、時(shí)間得分和任務(wù)得分三個(gè)相加。

總得分(滿分1000) = 首回合得分(滿分300) + 次回合得分(滿分300) + 裁判團(tuán)評審(滿分400)

人偶生命指數(shù)

開 始時(shí)每隊(duì)的人偶生命指數(shù)為100，安裝在人偶身上的傳感器會(huì)不斷探測受到的沖擊，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到隊(duì)伍和裁判團(tuán)的屏幕上。每當(dāng)隊(duì)伍對人偶用力不當(dāng)，裁判就會(huì) 以黃牌警告隊(duì)伍，且生命指數(shù)亦遭扣減20，直至0為止。如隊(duì)伍損壞了人偶或不慎將人偶當(dāng)作瓦礫和障礙物處理，均會(huì)被扣分。

時(shí)間得分

比賽時(shí)限為12分鐘，如果隊(duì)伍能夠在7分鐘內(nèi)完成整個(gè)救援任務(wù)，就可全取100分。相反仍未能完成任務(wù)的隊(duì)伍，該得分將被續(xù)漸扣減直至0為止。

任務(wù)得分

每 隊(duì)的任務(wù)是將賽場內(nèi)的兩個(gè)人偶救出，機(jī)械人需順利完成「到達(dá)現(xiàn)場」、「救出人偶」、「搬送人偶」三個(gè)步驟，每個(gè)步驟分別各占10、25和15分，合計(jì)50 分，兩個(gè)人偶為100滿分?！傅竭_(dá)現(xiàn)場」指機(jī)械人到達(dá)人偶身處的板塊內(nèi)；「救出人偶」指人偶從板塊內(nèi)救出；「搬送人偶」指機(jī)械人將人偶搬送到起點(diǎn)位置。

犯規(guī)

當(dāng) 有隊(duì)伍作出違規(guī)的行為時(shí)，裁判會(huì)衡量事件的嚴(yán)重性，暫停比賽后以黃牌、紅牌或黑牌示意。黃牌表示警告；而當(dāng)示意紅牌時(shí)，被指定的機(jī)械人需要立即離場；黑牌 則表示該隊(duì)伍喪失比賽資格并需離場。遭到黃牌警告的隊(duì)伍，該回合分?jǐn)?shù)中將被扣減20分。若隊(duì)伍因?qū)Υ伺加昧Σ划?dāng)而遭警告，則在人偶生命指數(shù)中扣除。

警告牌嚴(yán)重性

紅牌 機(jī)械人損壞賽場的地板、設(shè)施或作出危險(xiǎn)行動(dòng)。

黑牌 于作戰(zhàn)會(huì)議及救援活動(dòng)以外的時(shí)段，觀察或偷拍場地。
隊(duì)員態(tài)度差劣。

黃牌 機(jī)械人在非救出人偶情況下進(jìn)入私有區(qū)域，或?qū)⒌缆飞系耐叩[和障礙物散落在私有區(qū)域內(nèi)。私有區(qū)域指賽場內(nèi)土黃色的部分。

大會(huì)精神 教育人民

大會(huì)舉辦比賽目的是想藉活動(dòng)提高教育人民防災(zāi)和災(zāi)害對應(yīng)相關(guān)意識，發(fā)掘和培育下一代的研究人員和技術(shù)人員。會(huì)場內(nèi)設(shè)有展板和灘位，更會(huì)邀請專業(yè)的救援人員演講和示范。所以每次舉行比賽，前來參觀的人數(shù)都是有增無減。

設(shè)計(jì)有方 事半功倍

隊(duì) 伍設(shè)計(jì)機(jī)械人的方向主要是有兩種。一種是每臺機(jī)械人各自有負(fù)責(zé)專門的任務(wù)，如清除瓦礫，救出傷者或運(yùn)送傷者。好處是可根據(jù)機(jī)械人負(fù)責(zé)的任務(wù)進(jìn)行針對性設(shè) 計(jì)，令某方面的機(jī)能特別優(yōu)勝，增加救援的效率。但這策略講求隊(duì)員間的協(xié)調(diào)性和理想的分工。另一種就是一機(jī)多功，機(jī)械人集各樣功能于一身。同時(shí)負(fù)責(zé)清除瓦 礫，救出傷者及運(yùn)送傷者各任務(wù)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要全面考慮機(jī)體的各方協(xié)調(diào)性，并在設(shè)計(jì)中取得平衡點(diǎn)。好處是即使一臺機(jī)械人發(fā)生了故障，別的都可以補(bǔ)上。
比賽是分秒必爭的，隊(duì)伍為了加快救援進(jìn)度，機(jī)械人有時(shí)會(huì)直接攀越瓦礫和障礙物，省卻繞路和清除瓦礫的時(shí)間。因此大多數(shù)隊(duì)伍的機(jī)械人都會(huì)采用覆帶和大直徑的 輪胎設(shè)計(jì)。另外，鏟鈄和鉗臂兩者兼?zhèn)涞臋C(jī)械人亦非常普遍。因?yàn)槿伺伎赡鼙环胖迷谕叩[堆中或旁邊，如選手因應(yīng)情況適當(dāng)運(yùn)用鏟鈄和鉗臂，絕對是事半功倍。

技術(shù)進(jìn)步 一年勝一年

早 期的救援機(jī)械人競賽，選手大多采用無線電控制方式，操控器就是遙控模型所采用的。后來，透過計(jì)算機(jī)平臺操作的隊(duì)伍日漸增加。近年，更有隊(duì)伍自發(fā)研制控制的周 邊設(shè)備及將傳感器加裝在控制者身上。如機(jī)械人手臂的伸縮和起落是根據(jù)控制者的手臂而活動(dòng)?？煽催x手的技術(shù)是不斷在進(jìn)步，而且亦敢于嘗試新挑戰(zhàn)。

總結(jié)

大 會(huì)從制定規(guī)例到場地布置，每步都從現(xiàn)實(shí)角度著眼。希望參加者設(shè)計(jì)機(jī)械人的同時(shí)亦考慮到現(xiàn)實(shí)的可行性，明白比賽背后的真正義意。雖然現(xiàn)實(shí)中的災(zāi)場和比賽會(huì)場 的環(huán)境難以相比，而選手運(yùn)用的技術(shù)亦未必在現(xiàn)實(shí)中適用，但當(dāng)中可行的建議和想法就對研發(fā)工作帶來很大幫助。難怪日本近年的防災(zāi)和救助工作做得那么好！