基本信息
- 項目名稱：
- 抗震救援機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 抗震救援機器人是針對地震發(fā)生時的特殊工作環(huán)境設計的一種裝備。它采用履帶行走，具有雙臂結(jié)構(gòu)，集剪、抓、扒等功能于一體，效率高、重量輕。可以采用空投等方式快速投入災區(qū)，充分利用黃金救援時間，挽救廢墟中幸存者的寶貴生命。該機器能夠在廢墟上行走，并可在復雜、惡劣的震后現(xiàn)場連續(xù)作業(yè)，可根據(jù)具體的環(huán)境情況施展相應的救援手段，操作方便，確保了救援人員的生命安全。其雙臂結(jié)構(gòu)，既可以單臂獨立工作，又可以雙臂配合工作，利用機器人運動學方程的正、逆解，結(jié)合控制算法巧妙地解決了雙臂干涉問題。
- 詳細介紹：
- 地震是經(jīng)常發(fā)生的災難，震后救援工作時間緊迫，勞動強度大，工作環(huán)境惡劣，危險性高。一般災區(qū)道路損毀嚴重，大型工程機械無法迅速到達，延誤了寶貴的救援時間。地震廢墟現(xiàn)場有大量的預制板、磚塊等堆積物，幸存者所在的生存空間相對脆弱，處理不慎就會適得其反。為了將幸存者安全迅速的救出，在處理生存空間的同時要避免由于破壞了生存空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而引發(fā)的二次倒塌，需要針對不同的情況采用不同的施救方案。本作品充分考慮以上情況，其特點為：體積小、重量輕，可采用空投的方式運往現(xiàn)場；救援時重點建立生存空間與安全區(qū)的通道，可在廢墟上甚至進入倒塌建筑內(nèi)部開展工作，救援方式靈活，針對性強，抓臂可對障礙物通過抓、扒進行清除，如遇到鋼筋等物牽連時，可剪斷；如遇大塊預制板等超出其抓取能力的重物，可先行剪、咬處理，實現(xiàn)分塊；雙臂可各自獨立工作，也可配合工作，由系統(tǒng)控制可避免相互干涉；在車體上安裝圖像采集裝置，便于人員現(xiàn)場掌握，安全操作。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的： 我國是地震多發(fā)的國家之一?，F(xiàn)有對救援裝備尤其是廢墟現(xiàn)場營救裝備的研究存在嚴重的滯后，多采用工程機械營救，存在許多局限性，如運輸不便，功能單一等。我們針對上述情況設計的作品，具有高效率、多功能的特點，可適應復雜震后環(huán)境的營救工作。 基本思路： 1、快速投放，要求作品為小型化機器人； 2、適應性強，本機器人采用雙履帶可適應不同地形，能夠爬坡，可到達幸存者可能存在的地方； 3、多功能，從收集的一千張圖片和數(shù)十段視頻中，分析得出，現(xiàn)場救援最需要的功能為剪、抓、扒，采用雙臂結(jié)構(gòu)提高救援效率； 4、安全性高，可保障救援者和幸存者的安全。 創(chuàng)新點： 1、采用雙履帶，爬升能力強，可較好地適應廢墟現(xiàn)場； 2、雙臂仿生設計，可配合或獨立工作，具有剪、抓、扒多功能； 3、剪具有咬裂、咬碎、剪斷功能且有導向結(jié)構(gòu)，剪口分區(qū)設計； 4、抓頭仿鷹爪設計，通過氣動控制，實現(xiàn)抓、扒功能快速轉(zhuǎn)換。技術(shù)關(guān)鍵： 雙臂配合的干涉問題，兩臂的各關(guān)節(jié)裝角度傳感器，通過機器人運動學正、逆矩陣的計算，由系統(tǒng)自動判斷，避免干涉；還可從視頻中觀察配合情況；機器有12個自由度，可采用遠或近距離控制操作。主要技術(shù)指標： 1、抓取物重 2kg，剪切力 60N； 2、剪臂、抓臂的最大伸長量 74cm、62cm，整個機器人重 25kg； 3、機身轉(zhuǎn)角（-180°~180°）、爬坡角度（-10°~45°）; 4、救援效率是人工10倍左右。
科學性、先進性
- 1、由于設計為小型化機器人，可迅速運輸?shù)降卣瓞F(xiàn)場，充分利用黃金救援時間，實現(xiàn)快速、高效救援； 2、采用雙履帶行走方式，可適應復雜地形，具有爬坡能力，甚至可進入尚未完全倒塌的危樓實行營救工作； 3、集成剪、抓、扒等多種救援功能，滿足復雜地震現(xiàn)場救援的需要，可處理救援過程中的大多數(shù)情況； 4、查閱相關(guān)資料，尚未發(fā)現(xiàn)同類型的地震救援裝備； 5、本機器人也可用于反恐、處理核物質(zhì)等危險場合。 類似挖掘機等大型工程機械的工作方式大多為整體搬除，不可在靠近幸存者的廢墟上行走工作和有效的處理生存空間，真正要將幸存者救出，還需要人工搬除大量的障礙物。 參考文獻: [1] 熊有倫 吳振彪等.工業(yè)機器人[M]，武漢：華中科技大學出版社，2007，8 [2] 陳曉東主編.警用機器人，北京：科學出版社[M]，2008.5 [3] 宋彩利主編.單片機原理與C51編程[M] ，西安：西安交通大學出版社，2008.6.
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009-06-07在省第三屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽中獲一等獎。
作品所處階段
- 模型制作階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實物模型現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該機器人的雙臂仿生設計，可配合也可獨立工作；用自動控制，避免自身干涉；雙臂收縮后體積較小，便于及時運輸?shù)降卣瓞F(xiàn)場；伸展后工作范圍大，實行高效救援；集成剪、抓、扒多功能于一體，且多個功能之間可配合工作；車體較小，提供力大；爬坡角度大，可在崎嶇路面上工作；控制簡單方便，安全性高。 該機器人除用于抗震救援外，也可用于反恐；同時因采用了模塊設計，可進入室內(nèi)，拆除建筑物并且兩臂可根據(jù)需要加裝其它類型的拆裝工具；也可用于一些工業(yè)及特殊作業(yè)場合，（如對金屬廢棄物、核廢棄物的處理等）。 市場分析和經(jīng)濟效益預測: 目前，國外僅日本一家公司研制出用于雪災救援的類似機器，國內(nèi)尚未見諸報道。高效率、多功能的抗震救援機器人應具有廣闊的應用前景。 該機器包括動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、車身等部分組成，如制做成實物機器，小批量生產(chǎn)，成本約為33萬圓人民幣，如果大指量生產(chǎn)，成本約25萬圓左右，銷售價可望在28萬圓~35萬圓之間。一臺該機器的救生效率是人的十倍以上，其搶救生命的社會價值無法估量。
同類課題研究水平概述
- 地震是一種不可避免的自然災害，其特點是時間短、破壞性強，常給人類造成巨大的損失。 抗震救援機器人是一種雙臂、多功能、集成式、小型化機器人，在發(fā)現(xiàn)幸存者后實施營救行動，高效的將人救出。 目前市場上還沒有此類產(chǎn)品，用于營救現(xiàn)場的只是功能單一的工程機械或簡陋的工具，其中最實用、最快捷的工具要數(shù)液壓鉗、小氣墊等，但其救援效率也相對較低，不能充分利用黃金救援時間。 現(xiàn)有對地震救援現(xiàn)場機器人研究最多的是：搜救類機器人，大多是研究利用機器來發(fā)現(xiàn)幸存者。如蛇形機器人、“蛇眼”搜索儀器等。目前，國內(nèi)外對直接實施營救動作的機器人的研究很少，此方面研究嚴重滯后。
