核生化現場處置遙控車的研制及應用

李 宏，譚偉龍，榮 曙，崔業民，汪春暉，毛應華*

（1.東部戰區疾病預防控制中心，南京210002；2.廣益機電有限責任公司，江蘇南通226000）

0 引言

當今世界國際公共安全形勢日益復雜，核生化威脅已成為國家面臨的重要問題。突發核生化事件具有時間地點不確定、人員傷亡大、傷情復雜、易造成社會恐慌、對經濟及環境危害大等特點[1]，及時響應，對危害源快速定性定量，確定損傷程度、范圍，搶救生命及環境消殺等是應對該類事件的關鍵[2]。目前，三防醫學救援力量大多依托人員攜帶裝備進入事故區域進行現場采樣、偵檢、救治及洗消，安全風險高，存在人員心理壓力大及體能消耗大、信息溝通不暢，裝備檢測范圍小、工作時間短等問題，影響現場處置效率。

無人作戰平臺代表著未來武器裝備的發展方向，軍用機器人代替人工作業具有巨大的軍事潛力[3-4]。針對核生化應急處置救援，采用機器人進入作業現場具有機動性能好、工作效率高、偵檢快速、工作時間長、安全可靠等優勢，能有效克服傳統人工處置存在的問題[5-6]。奧地利Taurob公司設計了一款應用于易爆氣體環境下的“追蹤者”核生化爆移動式遙控機器人，可搭載多種類型傳感器及機械臂，高效完成排爆、偵檢、采樣等特殊任務，但造價較高[7]。美國福斯特-米勒公司研制的“魔爪”機器人采用履帶式結構，預留多功能傳感器平臺，可于狹小環境下完成核生化現場處置任務，但結構與功能載荷相對復雜[8]。郭麗芳等[9]設計了一種遙控核生化機動檢測平臺用于現場綜合偵檢，但執行功能單一，通用性較差。張宇輝等[10]提出一種對核生化現場進行定性、定量及采樣檢測的核生化機器人的構想，但未形成有形產品，機器人具體性能參數未知。

若能設計一款能在多種復雜環境下遂行核生化處置任務的綜合平臺，將有助于提高我軍應對核生化突發事件的能力。本研究結合現有履帶式機器人的結構模型及理論基礎，設計一種集偵檢、洗消、采樣、傷員搬運為一體的核生化現場處置遙控車，為我軍應急救援力量快速反應提供有效的技術手段。

1 設計

核生化現場處置遙控車采用模塊化設計、積木式搭配，主要由機動平臺、偵檢平臺、采樣平臺、洗消平臺及傷員搬運平臺組成，如圖1所示。

圖1 核生化現場處置遙控車結構及實物圖

1.1 機動平臺

機動平臺采用小型化設計（凈質量480 kg），整體為一體化鋼板結構，車身尺寸為1 590 mm×900 mm×1 080 mm，離地高度160 mm，如圖2所示。該平臺采用本田GX390汽油機提供動力，并配備15 L大容量油箱。車輛底盤采用180 mm機器人專用工程履帶，內鑲鋼基骨架，左右兩側各配置4組直徑為240 mm的驅動輪及擺臂克里斯蒂減震懸掛。底盤采用速滑移轉向，可原地水平旋轉360°。變速箱采用電控機械式平行軸齒輪，通過液力變矩器與發動機的彈性板固定連接。機動平臺配備自主開發的遙桿式無線遙控器（265 mm×180 mm×55 mm），采用計算機雙工發射，內置頻段為310～340 MHz、415～450 MHz的天線，并配置急停開關。

圖2 核生化現場處置遙控車機動平臺實物圖

1.2 偵檢平臺

偵檢平臺由監測器支架、核化偵檢儀、防雨罩、無線紅外攝像頭、偵檢儀數據處理器、電源和平板計算機等組成。如圖3所示，2個監測器支架為100 mm×350 mm鋼架結構，可搭載手持式核素識別儀、電離巡檢儀、能譜儀、毒劑偵檢儀、化學氣體探測器、有毒有害物質識別儀等多種便攜式核化偵檢儀，執行放射源搜索、毒物鑒定分析、劑量偵測等任務。不銹鋼防雨罩在車前蓋采用強磁輔助吸附，尺寸為85 mm×85 mm×115 mm，可根據核化偵檢儀面板位置而移動，以減輕雨天對核化偵檢儀的影響。無線紅外攝像頭用于現場場地及媒介監控，像素為400萬，180°廣角攝像，采用2 200 mAh鋰電池供電。偵檢數據通過4G無線網絡技術實時發送至手持平板計算機終端，數據存儲支持SD卡及云存儲。

1.3 采樣平臺

采樣平臺由采樣器、固定支架、空氣壓力泵、電源、無線遙控器等部件組成，如圖4所示。采樣器為國產6級安德森空氣微生物采樣器，尺寸為200 mm×100 mm×100 mm。該采樣器內含不同孔徑篩盤（0.65～7.7μm），用特定支架固定于遙控車頂部，可360°進氣。采樣器動力由12 V隔膜空氣壓力泵提供，由汽車電瓶供電，隔膜空氣壓力泵外部安裝保護罩。無線遙控器由電磁閥組成，與機動平臺的遙控器集成組裝。

1.4 洗消平臺

洗消平臺采用雙噴桿噴霧系統，由噴槍、水管、水泵、電瓶、水箱、遙控器等部件組成（如圖5所示），采用嵌入式架設于車頂，可手持噴霧。噴槍由合成塑料和鍍鋅管制作；噴頭采用360°無死角旋轉設計，霧滴可調；水管使用高強度聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）材料加彈簧內襯制成；水泵采用銅質內芯，由12 V汽車電瓶供電。150 L不銹鋼水箱采用雙厚加層設計，邊縫采用氧弧焊點焊接，水箱頂端開口處設有密封條和透氣小孔，下緣設有出水口。雙噴桿采用雙遙控單獨控制設計，與機動平臺的遙控器集成組裝。

圖4 采樣平臺結構示意圖

圖5 洗消平臺結構及實物圖

1.5 傷員搬運平臺

傷員搬運平臺的主體是傷員運輸擔架。如圖6所示，傷員運輸擔架采用卷曲式設計（尺寸1 800 mm×60 mm），由多層橡膠黏制固定而成，內嵌鋼絲骨架，通過不銹鋼壓條及螺釘固定于遙控車尾部。壓條前方安裝U形鋼架，用于傷員自行抓握。擔架底部安裝有5根長700 mm的鋼軸（間距300 mm），直徑為72 mm的滑輪固定于鋼軸兩端。擔架兩側交叉裝配有捆綁式安全帶，用于傷員固定。撤收狀態下，擔架通過2根鐵鏈卷曲并固定于遙控車后部，使用時打開鎖鏈，展開后即可實現核生化現場傷員搬運。

2 使用方法

根據任務性質，核生化現場處置遙控車安裝搭載多種核化偵檢儀、生命探測儀、有害氣體傳感器、平皿采樣器等設備，加裝消毒液。遙控車通過車載的方式到達指定地域，采用無線遙控器控制遙控車進入紅區（污染區、疫區）開展作業。遠程調節攝像頭角度及進深，通過4G通信將監測數據、圖像實時發送至平板計算機終端。遙控打開隔膜空氣壓力泵，進行空氣微生物采樣。遙控打開水泵及噴槍，執行人員、裝備及局部環境洗消任務。人工展開卷曲式擔架，執行核生化傷員救援任務[11]。

圖6 傷員運輸擔架撤收及展開狀態結構及實物圖

3 技術特點

3.1 機動性能強

核生化現場處置遙控車動力輸出強勁穩定，行駛速度1.5～7.0 km/h，滿油箱狀態下可行駛20 km以上，連續工作時間≥8 h。遙控車機動靈活，越障能力強，可在低矮環境中穿行，爬坡度≥25°，側傾斜能力≥10°。通過無線遙控實現人機分離操作模式，遙控距離≥150 m，可有效提高作業效率，確保作業安全，適用于復雜地形環境下核生化醫學救援的現場處置。

3.2 通用功能強

核生化現場處置遙控車能搭載多種不同功能的專業便攜式檢測儀器，兼容性強，克服了傳統人工檢測項目單一的缺點，可同時開展包括化學戰劑及工業毒物定性、定量分析，以及放射性沾染活度、輻射劑量監測、放射源搜索及甄別等在內的多項檢測任務，拓展了儀器的使用空間。空氣微生物采樣器采樣效率高，采樣流量5 L/min，可捕獲6種不同粒徑大小的細菌或真菌，實現了空氣微生物顆粒濃度和粒子大小分布測定的功能。雙噴桿噴霧系統洗消效率高，噴槍噴霧高度10 m，噴霧幅度180°，噴霧流量7～9 L/min，消殺面積≥500 m2。通過裝載不同類型的洗消劑，可實現空氣及設備與人員表面的消毒、滅菌，媒介生物的滅殺，化學戰劑及毒物的洗消，放射性沾染的祛除等功能；同時可對行動路線進行洗消，開辟救援通道。傷員運輸擔架安全穩定，磨耗指數160～300，載質量≥500 kg；使用便捷，最高搬運速度150 m/min，可實現傷員的安全快速轉運。

3.3 衛勤偵查能力強

通過無線紅外監控攝像頭，可實現現場地形地貌、爆炸點、破壞程度、散布區域、污染區范圍、投放媒介生物種類、放射源及傷員位置等影像偵查功能。在4G覆蓋的區域內，數據傳輸可將監測圖片實時發送至平板計算機終端，準確高效。同時，本裝置還可結合北斗或GPS、地理信息系統、移動通信技術繪制核生化事件現場矢量地圖，準確標定方向、位置及距離等信息。

4 應用效果

核生化現場處置遙控車主要應用于突發核生化事件中，適用于復雜氣候、地理環境下代替人員前往污染區進行現場偵檢、救治、采樣及洗消。具體包括：核生化事件現場地形地貌影像偵查；明確污染源性質，搜索放射源、化學武器炸點、投放媒介生物種類等；核化污染現場劑量定性、定量檢測，污染區范圍及邊界的劃定；空氣懸浮微生物采集；核生化現場環境及傷員洗消；傷員搜尋及搬運等。

選擇某野外駐訓演習基地對核生化現場處置遙控車的應用效果進行實地檢測。試驗條件：陰，溫度33℃，空氣相對濕度60%，風速1.5 m/s。現場試驗證明，遙控車可靈活機動行駛于泥濘崎嶇道路，快速通過1 000 mm×200 mm深溝及200 mm土坎，遙控可操縱距離150 m。可搭載HDS-101/GN手持式核素識別儀、451B電離室巡檢儀及InSpector 1000能譜儀對模擬放射源進行搜索和偵檢，搭載AP4C軍事毒劑偵檢儀、Chempro HT化學氣體探測器、CR2000有毒有害物質識別儀對沙林模擬劑（甲基磷酸二甲酯）進行檢測，檢測數據圖像通過4G網絡傳輸至平板計算機，且檢測結果與人工檢測一致。采用空氣微生物采樣器離地高度1 400 mm采樣10 min，結果顯示，平皿1～2級采集菌落粒數占69%，細菌濃度為1 654～6 200 cfu/m3，真菌濃度為326～1 088 cfu/m3，可有效采集空氣懸浮微生物。對雙噴桿噴霧系統的評價顯示，滿水箱狀態下，遙控車可于13 min內對面積約為540 m2的道路進行噴霧洗消，最遠噴霧距離11.4 m，噴霧幅度180°，最大覆蓋寬度20 m。傷員運輸擔架展開時間20 s，撤收時間1 min，在救援人員輔助下，可于崎嶇路面快速轉運模擬昏迷傷員（體質量70 kg），2 min內轉移距離約250 m，期間未出現傷員脫離及二次損傷的情況。

5 結語

核生化現場處置遙控車主要針對核生化突發事件中三防醫學救援作業設計，可滿足多因素復雜環境下核生化快速采樣、偵檢、洗消和搬運的需求，具有功能強大、靈活多用、操作簡便、成本低廉等優點[12-13]。遙控車越野能力強，可快速到達指定地域，根據任務需要可搭載不同類型儀器，實現實時偵檢及現場處置，有效降低核生化污染對現場處置人員生命安全的威脅，提高現場作業效率。然而，本設計仍存在信息化程度不高、各功能模塊精細化程度較低等不足，后期將結合國內外先進機器人設計理念及技術進一步優化和拓展遙控車功能，研發第二代產品。綜上所述，本設計為研究新型三防醫學救援現場處置技術提供了重要思路，對提高軍隊應對突發核生化事件應急處置的保障能力具有重要意義。