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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜式生命探測(cè)柔性索
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目研制一種用于地震后輔助救援人員進(jìn)行生命搜尋的作業(yè)裝置，該裝置本體由多個(gè)柔性單元聯(lián)接而成，采用手工作業(yè)方式可深入倒塌建筑廢墟所形成的狹小縫隙中曲折前行，對(duì)“生存空間”進(jìn)行搜索和探測(cè)，并為破障救援提供幸存者的定位及環(huán)境信息。該裝置具有整體結(jié)構(gòu)緊湊、制作成本低、體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶、易于操作的特點(diǎn)，可在災(zāi)害發(fā)生后的有效救援時(shí)間內(nèi)快速大面積投入使用。
- 詳細(xì)介紹：
- 便攜式生命探測(cè)柔性索是一種可廣泛應(yīng)用于地震、礦難、火災(zāi)等災(zāi)后生命搜索救援的裝置。該裝置由兩節(jié)方向控制單元、柔性伸縮單元、快插拓展單元、施力單元和方向控制平臺(tái)五部分組成，在控制平臺(tái)上還裝有CCD顯示器、蓄電池組、給養(yǎng)泵、方向控制手柄、雙向預(yù)緊輪和閘線固定盤等裝置。 該裝置采用人工作業(yè)方式，由兩名施救人員配合使用，一名施救人員為其提供前進(jìn)推動(dòng)力，另一名施救人員通過(guò)安裝在便攜式生命探測(cè)柔性索前端的攝像頭所反饋的廢墟環(huán)境信息控制柔性索前進(jìn)方向，使之沿倒塌建筑物所形成的狹小縫隙曲折前行。當(dāng)探測(cè)到生命信息時(shí)，該裝置可為后續(xù)救援方案的實(shí)施提供詳細(xì)的廢墟環(huán)境信息，同時(shí)該裝置還具有食品、藥品補(bǔ)給功能，給幸存者無(wú)論是從體質(zhì)上還是從心理上都建立生存信心，為破障救援贏得寶貴時(shí)間。 便攜式生命探柔性索采用快插拓展技術(shù)與柔性伸縮原理實(shí)現(xiàn)了搜救作業(yè)的在線拓展，延伸了搜尋距離，增強(qiáng)了對(duì)廢墟復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。具有環(huán)境信息搜集、給養(yǎng)供給功能，為破障救援提供信息，為營(yíng)救贏得時(shí)間。本裝置具有整體結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低，體積小，重量輕，便于攜帶，操作簡(jiǎn)單、易學(xué)易用，無(wú)需專業(yè)培訓(xùn)即可使用等特點(diǎn)，易于產(chǎn)品化批量生產(chǎn)與推廣應(yīng)用，可在災(zāi)后的有效的救援時(shí)間內(nèi)快速大面積投入使用。其中我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)械臂的方向控制機(jī)構(gòu)已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)背景及基本思路： 全世界每年都遭受著地震災(zāi)害的破壞，巨大的災(zāi)害會(huì)造成大面積的建筑物坍塌和人員傷亡。而本項(xiàng)目預(yù)研制一種用于震后生命搜尋的小型化作業(yè)裝置，該裝置本體由多個(gè)柔性單元聯(lián)接而成，采用手工作業(yè)方式，可深入倒塌建筑廢墟所形成的狹小縫隙中曲折前行，搜索和探測(cè)幸存者。該裝置作為人工搜尋的輔助工具，能夠快速準(zhǔn)確地提供幸存者的定位信息、生命體征、及其被困區(qū)域的環(huán)境信息，為制定營(yíng)救方案提供信息，同時(shí)也可為幸存者提供一定的營(yíng)養(yǎng)供給，維持其生命體征，為破障救援贏得寶貴時(shí)間。 技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)：1）以提高生命探測(cè)柔性索對(duì)廢墟環(huán)境的適應(yīng)性為目標(biāo)，深入研究方向控制原理的力學(xué)模型，優(yōu)化各單元的整體結(jié)構(gòu)及參數(shù)，獲得柔性索最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)；2）以延長(zhǎng)柔性索的探測(cè)距離為目標(biāo)，對(duì)柔性索的的快插拓展單元、柔性伸縮單元及其相應(yīng)的接口進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：1）柔性索采用手工作業(yè)方式，可深入狹小縫隙曲折前行，操作靈活可靠，易學(xué)易用，便于大面積推廣使用；2）柔性索采用快插拓展技術(shù)與柔性伸縮原理實(shí)現(xiàn)了搜救作業(yè)的在線拓展，延伸了搜尋距離，增強(qiáng)了對(duì)廢墟復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性；3）柔性索具有環(huán)境信息搜集、營(yíng)養(yǎng)供給功能，為破障救援提供信息，為營(yíng)救贏得時(shí)間。 性能指標(biāo) 1）柔性索整體重量：≤5Kg；2）柔性臂基本型長(zhǎng)度：4m，可拓展長(zhǎng)度：≥12m；3）有效探測(cè)距離：≥10m；4）可通過(guò)縫隙孔徑：≤40mm；5）最小彎曲曲率半徑：≤150mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本項(xiàng)目研制的便攜式生命探測(cè)柔性索將在一定程度上改變目前災(zāi)后人工搜救缺少必要的搜尋工具的局面，與現(xiàn)有搜救技術(shù)相比較，具有以下突出優(yōu)勢(shì)： 1）在線拓展、適應(yīng)性強(qiáng)：本裝置在實(shí)施搜救作業(yè)時(shí)，可依據(jù)廢墟需探測(cè)距離的需要，可將快插拓展單元串接到柔性索本體上，實(shí)現(xiàn)在線續(xù)航；柔性伸縮單元由多級(jí)柔性套管組成，可通過(guò)一根控制線控制內(nèi)部套管同步伸出，從而有效的解決了摩擦死角的問題，提高了整機(jī)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性； 2）便于攜帶、操作簡(jiǎn)單：柔性索采用手工施力伸入廢墟縫隙，通過(guò)視頻探測(cè)控制柔性索的行進(jìn)方向，避免了搜救機(jī)器人與生命探測(cè)儀器工作時(shí)所需攜帶大量電池供電或采用拖纜供電的動(dòng)力保障問題。具有體積小、重量輕、便于攜帶、操作簡(jiǎn)單、易學(xué)易用的特點(diǎn)。 3）信息搜尋、營(yíng)養(yǎng)供給：柔性索前端所攜帶的攝像頭反饋的視頻信息，不僅為柔性索的前行探明方向，同時(shí)也能夠快速提供幸存者生理信息及被困者的環(huán)境信息；通過(guò)柔性索內(nèi)置的給養(yǎng)管路，可為幸存者提供氧氣、流食、藥品等必需品，增強(qiáng)了被困人員的生存能力及信心，為營(yíng)救贏得寶貴時(shí)間。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1）2009年國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃入圍國(guó)家級(jí)項(xiàng)目； 2）2011年“挑戰(zhàn)杯”吉林省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 處于試驗(yàn)階段，經(jīng)產(chǎn)品化改進(jìn)后即可投入生產(chǎn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 1）一次性技術(shù)轉(zhuǎn)讓；2）技術(shù)入股。
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■圖紙 ■現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本項(xiàng)目成果將改變目前震后人工搜救缺少必要的搜尋工具的局面，目前具有本項(xiàng)目技術(shù)特征的搜尋定位裝置還未見諸報(bào)道。本裝置工作時(shí)采用手動(dòng)施加推力、人工控制鋼絲繩進(jìn)行方向選擇的作業(yè)方式，只需攜帶較小體積的蓄電池即可維持長(zhǎng)時(shí)間（約20h）工作，與采用拖纜作業(yè)或攜帶大量電源電池供電的搜救機(jī)器人相比，本裝置所采用的作業(yè)方式對(duì)震后災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)具有更廣泛的適應(yīng)能力，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，操作控制更加靈活；本裝置與目前災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)普遍使用的專業(yè)生命探測(cè)儀器相比：具有操作簡(jiǎn)單、易學(xué)易用，無(wú)需專業(yè)培訓(xùn)即可使用，更易大面積推廣使用；本裝置具有整體結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低（批量生產(chǎn)成本約3000元/套），體積小，重量輕，便于攜帶的特點(diǎn)，易于產(chǎn)品化批量生產(chǎn)與推廣應(yīng)用，可在災(zāi)后的有效的救援時(shí)間內(nèi)快速大面積投入使用。本項(xiàng)目所研制的作業(yè)裝置，不僅可作震后生命搜尋探測(cè)的作業(yè)裝置，也可滿足火災(zāi)、海嘯及爆炸所致的建筑物倒塌后對(duì)生命進(jìn)行搜尋的作業(yè)需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 地震災(zāi)害緊急搜索救援是一項(xiàng)重大的系統(tǒng)工程，國(guó)內(nèi)外圍繞搜救定位裝置開展了廣泛的研究，目前災(zāi)害搜救技術(shù)可分為人工搜尋、生物搜尋、儀器搜尋和機(jī)器人搜尋4大類。1）人工搜尋：人工搜尋的成本在所有方法中最為低廉，但由于缺少理想的搜尋輔助工具，其精確性較差、效率較低。2）生物搜尋：利用搜救犬可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大范圍搜索，可進(jìn)入其他設(shè)備或人員不能進(jìn)入的地方，搜索犬靈敏的嗅覺可以發(fā)現(xiàn)廢墟下的幸存者。但搜救犬每次只有20-30分鐘的有效工作時(shí)間，對(duì)于同一區(qū)域，需要兩只搜救犬來(lái)確認(rèn)檢查，定位精度易受訓(xùn)導(dǎo)員和搜索犬能力的影響。3）儀器搜尋：利用科學(xué)儀器搜尋為搜尋工作增加了一維坐標(biāo)，延伸了搜尋范圍。較為成熟的此類產(chǎn)品有：美國(guó)研制的SearchCam搜尋相機(jī)，英國(guó)研制的蛇SnakeEye搜尋相機(jī)等，可對(duì)較大范圍、開闊和黑暗地區(qū)進(jìn)行搜索，但也存在以下不足：不能區(qū)分熱源的中間色調(diào)，可能會(huì)造成混亂、誤報(bào)等問題。光學(xué)觀察設(shè)備如管道鏡、光纖鏡等較之其他設(shè)備具有更加特殊的搜索能力。這種設(shè)備需與混凝土鉆孔設(shè)備配合使用，該方法由于預(yù)先確定鉆孔位置，往往是在其他設(shè)備和方法的初步定位的前提下，精確定位時(shí)使用，又受空隙尺寸、電纜長(zhǎng)度、光照強(qiáng)度的限制，具有一定的技術(shù)局限性。4）機(jī)器人搜尋：智能化搜救機(jī)器人是目前災(zāi)害搜救領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，國(guó)外比較有代表性的研究有：日本東京工業(yè)大學(xué)的廣獺教授研究的水陸兩用型蛇形救援機(jī)器人，美國(guó)機(jī)器人輔助搜救中心設(shè)計(jì)的一種模塊化可重構(gòu)的機(jī)器人PolyBot，德國(guó)GMD國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的基于模塊式結(jié)構(gòu)和CAN總線的蛇形機(jī)器人。國(guó)內(nèi)比較有代表性的研究有：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所與中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制的蛇形機(jī)器人。這些救援機(jī)器人受到當(dāng)前通訊、能源供給、智能控制等技術(shù)的限制，多數(shù)還處在研究階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。同時(shí)通過(guò)查閱文獻(xiàn)了解到，國(guó)外有關(guān)于手控式蛇形機(jī)器人的相關(guān)研究，但由于其在路徑規(guī)劃和控制方式上有較大的局限性和不成熟性，難以得到推廣。 而本項(xiàng)目旨在開發(fā)一種人工搜尋的輔助工具，該裝置在人工驅(qū)動(dòng)下，可深入倒塌建筑廢墟所形成的狹小縫隙中曲折前行探測(cè)和搜索幸存者，并能夠快速準(zhǔn)確地提供幸存者的定位信息、生命體征及環(huán)境信息，具有便于攜帶、操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用，經(jīng)濟(jì)可靠的特點(diǎn)，可在災(zāi)后的72小時(shí)內(nèi)輔助搜救人員進(jìn)行大范圍搜救，目前具有以上特征的搜救裝置還未見諸報(bào)道。
