日本救援机械人竞赛

阪 神．淡路大地震发生后，促使了机械人和机械电子学的研究人员致力研究可应用在救灾方面的机械技术，日本为了促进救援系统的研发亦广泛得到社会支持，教育国 民和宣传也开始视为政府重点项目。因此，于1999年建议举办救援机械人竞赛，至2001年正式成立委员会并首次召开竞赛大会，今年第七届的赛事亦在较早 前圆满结束。救援机械人竞赛是以模拟大规模城市灾害的拯救活动作为题材的机械人竞赛，它综合了「教育」、「科学技术」、「社会性」三个范畴，竞赛大会希望 藉活动提升人民防灾和灾害应对的相关意识，发掘和培育下一代的研究人员和技术人员。

比赛方式

比 赛分为两个阶进行，队伍必先通过预选赛，方可进入正式选拔。预选赛规则会比正式选拔稍为宽松。预选赛中，队员可以直接观察场地来控制机械人。而伤者(人 偶)的分布位置更于赛前一天公布。赛后，由副裁判员负责检查人偶，并衡量其损坏程度。当正式选拔时，队员需要在场地隔壁的控制室内操控机械人，所以机械人 必须装置无线摄录机，将场地的映像传送至控制室。人偶更内置传感器可探测赛时所受冲击，比用肉眼检查准确得多。此外，正式选拔时，人偶的分布位置亦不会预 先公布，明显提高了整个比赛的难度。后面将针对正式选拔的安排进行介绍。

演示

赛前有三分钟的演示，且属评分一部分。队伍需要向裁判团介绍机械人的性能、创作历程和救援活动的战术等，但若演示时间超过限时，将会被扣分。各队伍只需预备个人计算机和讲议，投映机和扬声器均由大会提供。

作战会议

演示后是三分钟的作战会议。每队唯一的队长可登上看台观察场地，其余队员都必须留在控制室内。队长可以在看台范围内以大会认可的手提摄录机拍摄场地实况，所拍摄的映像会输送到控制室，队员可根据所拍摄的映像进行分析及策划作战方案。

救援行动

最 后便是十二分钟的救援行动。比赛时，场内会有两组队伍的机械人，机械人先从起点出发，穿越一道45cm高及120cm阔的门，走过一段只有80cm阔的道 路方可到达模拟灾场。每队需要在时限内救出两个人偶并把它们送回起点。比赛中，队长仍可在看台上拍摄场地，其余队员就得在控制室内，透过装置在机械人身上 的摄影机拍摄赛场及操控机械人完成任务。

竞赛各种细则

由 于救援机械人竞赛主要模拟实际救灾的状况，比赛的各项细节也会跟其他机械人竞赛有着分别，由机械人的设计、场地布置、辅助器具，全部都要经过仔细考虑。不 过，鉴于现实的灾害现场也会存在很多的不明朗因素，救援机械人竞赛的规限宽容度亦较大，主办单位及参赛者受到的规限相对会减少，但也等如必需更花心思在各 项设计上。

机械人设计

大会对机械人设计规格抱放宽态度，尽量让参加者有更多的创作空间。机械人的重量、尺寸、数目及运动方式等都没有限制，只要机械人符合附表内的条件就可。

机械人设计规则

1. 机械人必需通过安全检验及不会对其他机械人造成干扰。
2. 避免裁判误认各队伍的机械人，需在机械人身上加上所属队伍的号码，并以油漆、带子或布等加上明显的特征。
3. 机械人必需设有紧急停止开关，以便裁判必要时使用。

场地布置

救援机械人竞赛是个以大规模城市灾害救援为题材的机械人比赛，因此在赛场设计和规例方面都从现实角度考虑，如救援情况、场地障碍物、人偶的分布、机械人所受限制，均会模拟实际。后面是在场地布置时，必需注意的细则。

场地布置细则

1. 各队选手一律不得走进模拟灾场内，必须以远程操纵方式控制机械人。
2. 赛场面积50mX50m，设有凹凸路障、斜坡、道路、高地和行人天桥等设施。
3. 斜坡的斜度最高为20度，它成为平地和高地的唯一通道。
4. 行人天桥的横梁最少距离地面60cm高。
5. 赛场内堆放了瓦砾和障碍物，如铁块及石砖般重的对象也是十分平常。
6. 人偶可分布在场地任何地方，甚至被瓦砾和障碍物遮掩。
7. 赛场有部分划分为私有区域，除拯救伤者的情况下，机械人不得擅自进入或触碰私有区域的瓦砾。

人偶设计

人 偶好比灾场中的伤者，照顾人偶自然是首要的事。但如何知道队伍是否适当地对待人偶呢？那就要靠人偶身上的传感器了。人偶的身体和头部均置有压力传感器用来 探测于救援中所受的冲击，配合三轴加速度传感器更可检测人偶身体的角度。这些传感器会不断发出电波信号，传送到场外的计算机。如在拯救过程中将人偶撞向瓦 砾，用力不当或运送途中掉下人偶等，所受到的冲击就会显示在计算机屏幕上，且该队会被扣分。
鉴于过去所设计的人偶都较硬，而且只有一种尺寸，与现实情况不相符之余，亦造成选手会针对人偶大小而设计机械人的可能性，失去机械人拯救伤者的理念。因此 今届更采用了新设计的人偶，新设计的人偶除身体柔软外，尺寸和重量亦有两种，分别是身长30cm(1kg)和23cm(0.5kg)，重量也比从前重得 多，符合现实的灾难场中，伤者的体形和年龄各异及拯救伤者时应从保护伤者安全角度出发这两个大前提。

控制室

控 制室是队员操控机械人的地方，室内放置了监视器(计算机屏幕)5台，用来显示人偶发出的信号、手提摄录机和机械人无线摄影镜头所拍摄的映像。比赛时，两队被 派放到各自的控制室内，两个控制室之有间的通讯则是链接的。这样的系统设计是让两队能够互相传达信息，想出救出人偶的可行路线，提高整个救援的速度。因为 有部份人偶是被瓦砾所遮挡，即使从高处以录象机俯瞰也未能发现(死角位置)，必须两队互相合作交换拍摄的影像，才有可能发现。所以，比赛除讲求队员间的默 契外，队伍与队伍之间的协调也不可缺少。裁判团会观察队员间和队伍间的表现给予评分。

通信设备使用限制

为避免比赛时机械人的信号发生混乱，队伍必须使用大会认可的无线电控制套装、无线LAN收发套装和无线照相机，而且不能对组件的电路进行改造。认可的控制套装会事先宣布。

通信设备需知

1. 使用无线电控制套装的队伍，比赛时须使用大会提供的接收和发射频道晶体。
2. 使用无线LAN收发套装的队伍，其通讯规格须遵从大会所制定。而队伍使用的IP地址会于赛前分配。
3. 每队最多有三台机械人使用无线电控制套装和无线照相机。
4. 接受队伍混合使用无线电控制套装和无线LAN收发套装。

评分标准

现 实情况中，救援行动是分秒必争的事，愈早将伤者救出提供适当治疗，可大大增加伤者存活机会。救援行动迅速故然好，但保护和善代伤者(人偶)亦成了重点。主 办委员亦重视这一点，制定了有关的评分标准，选手需要顾及伤者安全和妥善策划救援行动。更有裁判团评审各队伍的机械人性能，比赛中队员间和队伍间的表现。 比赛总得分为首回合得分、次回合得分及裁判团评审三个分数相加，回合得分由人偶生命指数、时间得分和任务得分三个相加。

总得分(满分1000) = 首回合得分(满分300) + 次回合得分(满分300) + 裁判团评审(满分400)

人偶生命指数

开 始时每队的人偶生命指数为100，安装在人偶身上的传感器会不断探测受到的冲击，并将数据转送到队伍和裁判团的屏幕上。每当队伍对人偶用力不当，裁判就会 以黄牌警告队伍，且生命指数亦遭扣减20，直至0为止。如队伍损坏了人偶或不慎将人偶当作瓦砾和障碍物处理，均会被扣分。

时间得分

比赛时限为12分钟，如果队伍能够在7分钟内完成整个救援任务，就可全取100分。相反仍未能完成任务的队伍，该得分将被续渐扣减直至0为止。

任务得分

每 队的任务是将赛场内的两个人偶救出，机械人需顺利完成「到达现场」、「救出人偶」、「搬送人偶」三个步骤，每个步骤分别各占10、25和15分，合计50 分，两个人偶为100满分。「到达现场」指机械人到达人偶身处的板块内；「救出人偶」指人偶从板块内救出；「搬送人偶」指机械人将人偶搬送到起点位置。

犯规

当 有队伍作出违规的行为时，裁判会衡量事件的严重性，暂停比赛后以黄牌、红牌或黑牌示意。黄牌表示警告；而当示意红牌时，被指定的机械人需要立即离场；黑牌 则表示该队伍丧失比赛资格并需离场。遭到黄牌警告的队伍，该回合分数中将被扣减20分。若队伍因对待人偶用力不当而遭警告，则在人偶生命指数中扣除。

警告牌严重性

红牌 机械人损坏赛场的地板、设施或作出危险行动。

黑牌 于作战会议及救援活动以外的时段，观察或偷拍场地。
队员态度差劣。

黄牌 机械人在非救出人偶情况下进入私有区域，或将道路上的瓦砾和障碍物散落在私有区域内。私有区域指赛场内土黄色的部分。

大会精神 教育人民

大会举办比赛目的是想藉活动提高教育人民防灾和灾害对应相关意识，发掘和培育下一代的研究人员和技术人员。会场内设有展板和滩位，更会邀请专业的救援人员演讲和示范。所以每次举行比赛，前来参观的人数都是有增无减。

设计有方 事半功倍

队 伍设计机械人的方向主要是有两种。一种是每台机械人各自有负责专门的任务，如清除瓦砾，救出伤者或运送伤者。好处是可根据机械人负责的任务进行针对性设 计，令某方面的机能特别优胜，增加救援的效率。但这策略讲求队员间的协调性和理想的分工。另一种就是一机多功，机械人集各样功能于一身。同时负责清除瓦 砾，救出伤者及运送伤者各任务。所以在设计时需要全面考虑机体的各方协调性，并在设计中取得平衡点。好处是即使一台机械人发生了故障，别的都可以补上。
比赛是分秒必争的，队伍为了加快救援进度，机械人有时会直接攀越瓦砾和障碍物，省却绕路和清除瓦砾的时间。因此大多数队伍的机械人都会采用覆带和大直径的 轮胎设计。另外，铲钭和钳臂两者兼备的机械人亦非常普遍。因为人偶可能被放置在瓦砾堆中或旁边，如选手因应情况适当运用铲钭和钳臂，绝对是事半功倍。

技术进步 一年胜一年

早 期的救援机械人竞赛，选手大多采用无线电控制方式，操控器就是遥控模型所采用的。后来，透过计算机平台操作的队伍日渐增加。近年，更有队伍自发研制控制的周 边设备及将传感器加装在控制者身上。如机械人手臂的伸缩和起落是根据控制者的手臂而活动。可看选手的技术是不断在进步，而且亦敢于尝试新挑战。

总结

大 会从制定规例到场地布置，每步都从现实角度着眼。希望参加者设计机械人的同时亦考虑到现实的可行性，明白比赛背后的真正义意。虽然现实中的灾场和比赛会场 的环境难以相比，而选手运用的技术亦未必在现实中适用，但当中可行的建议和想法就对研发工作带来很大帮助。难怪日本近年的防灾和救助工作做得那么好！