基本信息
- 項目名稱：
- 便攜式生命探測柔性索
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目研制一種用于地震后輔助救援人員進行生命搜尋的作業(yè)裝置，該裝置本體由多個柔性單元聯(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“生存空間”進行搜索和探測，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，可在災害發(fā)生后的有效救援時間內(nèi)快速大面積投入使用。
- 詳細介紹：
- 便攜式生命探測柔性索是一種可廣泛應用于地震、礦難、火災等災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五部分組成，在控制平臺上還裝有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推動力，另一名施救人員通過安裝在便攜式生命探測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方向，使之沿倒塌建筑物所形成的狹小縫隙曲折前行。當探測到生命信息時，該裝置可為后續(xù)救援方案的實施提供詳細的廢墟環(huán)境信息，同時該裝置還具有食品、藥品補給功能，給幸存者無論是從體質(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)與柔性伸縮原理實現(xiàn)了搜救作業(yè)的在線拓展，延伸了搜尋距離，增強了對廢墟復雜環(huán)境的適應性。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，為營救贏得時間。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，操作簡單、易學易用，無需專業(yè)培訓即可使用等特點，易于產(chǎn)品化批量生產(chǎn)與推廣應用，可在災后的有效的救援時間內(nèi)快速大面積投入使用。其中我們設計的機械臂的方向控制機構(gòu)已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利。
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
- 設計背景及基本思路： 全世界每年都遭受著地震災害的破壞，巨大的災害會造成大面積的建筑物坍塌和人員傷亡。而本項目預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，搜索和探測幸存者。該裝置作為人工搜尋的輔助工具，能夠快速準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，為制定營救方案提供信息，同時也可為幸存者提供一定的營養(yǎng)供給，維持其生命體征，為破障救援贏得寶貴時間。 技術(shù)難點和關(guān)鍵技術(shù)：1）以提高生命探測柔性索對廢墟環(huán)境的適應性為目標，深入研究方向控制原理的力學模型，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）以延長柔性索的探測距離為目標，對柔性索的的快插拓展單元、柔性伸縮單元及其相應的接口進行設計及優(yōu)化。 主要創(chuàng)新點：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)與柔性伸縮原理實現(xiàn)了搜救作業(yè)的在線拓展，延伸了搜尋距離，增強了對廢墟復雜環(huán)境的適應性；3）柔性索具有環(huán)境信息搜集、營養(yǎng)供給功能，為破障救援提供信息，為營救贏得時間。 性能指標 1）柔性索整體重量：≤5Kg；2）柔性臂基本型長度：4m，可拓展長度：≥12m；3）有效探測距離：≥10m；4）可通過縫隙孔徑：≤40mm；5）最小彎曲曲率半徑：≤150mm。
科學性、先進性
- 本項目研制的便攜式生命探測柔性索將在一定程度上改變目前災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： 1）在線拓展、適應性強：本裝置在實施搜救作業(yè)時，可依據(jù)廢墟需探測距離的需要，可將快插拓展單元串接到柔性索本體上，實現(xiàn)在線續(xù)航；柔性伸縮單元由多級柔性套管組成，可通過一根控制線控制內(nèi)部套管同步伸出，從而有效的解決了摩擦死角的問題，提高了整機對復雜環(huán)境的適應性； 2）便于攜帶、操作簡單：柔性索采用手工施力伸入廢墟縫隙，通過視頻探測控制柔性索的行進方向，避免了搜救機器人與生命探測儀器工作時所需攜帶大量電池供電或采用拖纜供電的動力保障問題。具有體積小、重量輕、便于攜帶、操作簡單、易學易用的特點。 3）信息搜尋、營養(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，增強了被困人員的生存能力及信心，為營救贏得寶貴時間。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1）2009年國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃入圍國家級項目； 2）2011年“挑戰(zhàn)杯”吉林省大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 處于試驗階段，經(jīng)產(chǎn)品化改進后即可投入生產(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
- ■實物、產(chǎn)品 ■圖紙 ■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
- 本項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，目前具有本項目技術(shù)特征的搜尋定位裝置還未見諸報道。本裝置工作時采用手動施加推力、人工控制鋼絲繩進行方向選擇的作業(yè)方式，只需攜帶較小體積的蓄電池即可維持長時間（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器人相比，本裝置所采用的作業(yè)方式對震后災害現(xiàn)場具有更廣泛的適應能力，機動性更強，操作控制更加靈活；本裝置與目前災害現(xiàn)場普遍使用的專業(yè)生命探測儀器相比：具有操作簡單、易學易用，無需專業(yè)培訓即可使用，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，易于產(chǎn)品化批量生產(chǎn)與推廣應用，可在災后的有效的救援時間內(nèi)快速大面積投入使用。本項目所研制的作業(yè)裝置，不僅可作震后生命搜尋探測的作業(yè)裝置，也可滿足火災、海嘯及爆炸所致的建筑物倒塌后對生命進行搜尋的作業(yè)需求，具有廣闊的應用前景。
同類課題研究水平概述
- 地震災害緊急搜索救援是一項重大的系統(tǒng)工程，國內(nèi)外圍繞搜救定位裝置開展了廣泛的研究，目前災害搜救技術(shù)可分為人工搜尋、生物搜尋、儀器搜尋和機器人搜尋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間內(nèi)進行大范圍搜索，可進入其他設備或人員不能進入的地方，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分鐘的有效工作時間，對于同一區(qū)域，需要兩只搜救犬來確認檢查，定位精度易受訓導員和搜索犬能力的影響。3）儀器搜尋：利用科學儀器搜尋為搜尋工作增加了一維坐標，延伸了搜尋范圍。較為成熟的此類產(chǎn)品有：美國研制的SearchCam搜尋相機，英國研制的蛇SnakeEye搜尋相機等，可對較大范圍、開闊和黑暗地區(qū)進行搜索，但也存在以下不足：不能區(qū)分熱源的中間色調(diào)，可能會造成混亂、誤報等問題。光學觀察設備如管道鏡、光纖鏡等較之其他設備具有更加特殊的搜索能力。這種設備需與混凝土鉆孔設備配合使用，該方法由于預先確定鉆孔位置，往往是在其他設備和方法的初步定位的前提下，精確定位時使用，又受空隙尺寸、電纜長度、光照強度的限制，具有一定的技術(shù)局限性。4）機器人搜尋：智能化搜救機器人是目前災害搜救領域的研究熱點，國外比較有代表性的研究有：日本東京工業(yè)大學的廣獺教授研究的水陸兩用型蛇形救援機器人，美國機器人輔助搜救中心設計的一種模塊化可重構(gòu)的機器人PolyBot，德國GMD國家實驗室的基于模塊式結(jié)構(gòu)和CAN總線的蛇形機器人。國內(nèi)比較有代表性的研究有：中國科學院沈陽自動化研究所與中國國防科技大學研制的蛇形機器人。這些救援機器人受到當前通訊、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，距離實際應用還有一段距離。同時通過查閱文獻了解到，國外有關(guān)于手控式蛇形機器人的相關(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和搜索幸存者，并能夠快速準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、操作簡單，易學易用，經(jīng)濟可靠的特點，可在災后的72小時內(nèi)輔助搜救人員進行大范圍搜救，目前具有以上特征的搜救裝置還未見諸報道。
