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基本信息
- 項目名稱：
- 藍(lán)色精靈--探測搭載平臺
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 緊扣挑戰(zhàn)杯“崇尚科學(xué)、追求真知、勤奮學(xué)習(xí)、銳意創(chuàng)新、迎接挑戰(zhàn)”的宗旨，以“簡捷高效，以人為本”為理念，我們設(shè)計了一款能夠在第一時間，深入火災(zāi)或化學(xué)物質(zhì)泄漏等人不能親自去的一些災(zāi)難現(xiàn)場內(nèi)部，具有強(qiáng)大避障、越障能力，以探測生源、提供基本生命維持設(shè)備、給受困人員帶去希望與信心為目的的平臺車模型來輔助救援。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品采用模塊化設(shè)計，便于檢測與維護(hù)。制作有1個車體主控模塊：是控制核心，由車體內(nèi)部的機(jī)械機(jī)構(gòu)和主控芯片組成，其余所有模塊都以它為基礎(chǔ)裝配，采用紅外遙控控制；4個獨立越障驅(qū)動模塊：安裝在車體兩側(cè)，可以在直流電機(jī)的控制下實現(xiàn)二自由度的運(yùn)動，即履帶的平動和輪的轉(zhuǎn)動，這樣分別實現(xiàn)四個履帶輪獨立自主的360°自由擺動，從而協(xié)同工作，越過多種障礙，采用同步帶/齒形帶作為驅(qū)動履帶，具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點，傳動效率可達(dá)90%以上；1個機(jī)械臂模塊：串聯(lián)式5自由度（包括末端手爪），采用仿生學(xué)原理，能夠模仿人的手臂關(guān)節(jié)彎曲來完成5自由度轉(zhuǎn)動和抓取物體的功能，用來遞送基本的生命維持設(shè)備。 具備三個主要創(chuàng)新點：1.車身小巧輕盈，結(jié)構(gòu)對稱，控制技術(shù)不復(fù)雜，主要偏向于機(jī)械設(shè)計上的創(chuàng)新，用簡單的原理就可以實現(xiàn)預(yù)期的功能；2.綜合了輪式和履帶式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，在閉合反饋控制下實現(xiàn)二自由度的運(yùn)動，四履帶協(xié)同越障，極大提高了越障能力。爬陡坡，越寬壕，涉深水，克垂壁，穿沼澤，過田野，在復(fù)雜路面上無所阻擋；3.作為一個探測搭載平臺，應(yīng)該具備較充足的空間用來放置相關(guān)拓展設(shè)備。對車身內(nèi)部進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，將重量盡可能安排在車身內(nèi)部而不是四周，不僅方便越障模塊功能的施展，同時降低整體的重心，使該平臺車更加穩(wěn)健。除了車身自重以外還可以承載的最大重量為14Kg。 擬實現(xiàn)有1個視頻信號采集傳輸模塊：將視頻信息實時傳輸至地面，便于了解災(zāi)難現(xiàn)場情況，遙控救援車；1個生命探測模塊：用于對受困人員的探測，可穿過墻壁，火焰，煙霧等；一個溫馨喚醒模塊：用閃爍的燈和音頻發(fā)聲的方式帶來希望和信心，喚醒幸存者強(qiáng)烈的求生意識。 小巧輕盈的車體形態(tài)，簡捷精巧的設(shè)計宗旨，使得本平臺車可以很好地適應(yīng)災(zāi)難現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境而快速移動和爭取時間。真正投產(chǎn)時，采用當(dāng)今研制成功的耐火隔熱防輻射材料作保護(hù)，本作品具有科研以及工程上的雙重應(yīng)用價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)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(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的：災(zāi)難時，救援人員只有約48小時尋找幸存者。我們旨在火災(zāi)或其它人不能親自去的危險情況下，讓機(jī)器人來完成艱巨任務(wù)，越障探生以輔助救援。本作品尤在布局復(fù)雜的現(xiàn)代建筑中可大顯身手。 基本思路：純機(jī)械結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計。制作含有1個車體主控模塊：內(nèi)含電源、芯片和其余機(jī)構(gòu)，采用紅外遙控；4個獨立越障驅(qū)動模塊：安裝在車體兩側(cè)，由直流電機(jī)和閉環(huán)控制完成履帶二自由度運(yùn)動，實現(xiàn)前進(jìn)和越障功能；1個機(jī)械臂模塊：串聯(lián)式5自由度，用于遞送基本生命維持設(shè)備。 創(chuàng)新點：1．簡捷對稱性：前后、左右在結(jié)構(gòu)上分別對稱，能以任何姿態(tài)進(jìn)入和在現(xiàn)場移動。收回時主體外觀為方型，降低復(fù)雜性以方便救援。2．協(xié)同越障能力：在直流電機(jī)和齒輪結(jié)構(gòu)的控制下實現(xiàn)了履帶的二自由度運(yùn)動，即平動與轉(zhuǎn)動，使每個越障模塊可以獨立擺動，從而在一起協(xié)同越障。具備履帶和輪式結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)勢。3．5自由度串聯(lián)機(jī)械臂：能夠模仿人的手臂關(guān)節(jié)彎曲來完成功能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二、三自由度機(jī)械臂不能在整個空間內(nèi)準(zhǔn)確作業(yè)的缺陷。4．高度空間利用率：將重量盡可能安排在車身內(nèi)部而非兩側(cè)，方便越障功能施展，同時降低整體的重心，使該平臺車更加穩(wěn)健。 技術(shù)關(guān)鍵：機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計、車身內(nèi)部空間的優(yōu)化布置、機(jī)械臂功能的實現(xiàn)、履帶二自由度的控制。 主要技術(shù)指標(biāo)：重：6Kg;寬：24cm(加履帶39cm),長:50cm(加履帶58cm),高：7.5cm;履帶高：14cm;最大越障高度：23cm;爬坡角度：50°-60°。除去自重最大負(fù)載重量：14Kg。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- ? 行走機(jī)構(gòu)形式的選擇 傳統(tǒng)輪式結(jié)構(gòu)運(yùn)行速度快、機(jī)動性好，但抓地力不夠，而且在路面情況復(fù)雜的情況下往往寸步難行；現(xiàn)在常見的履帶結(jié)構(gòu)雖然驅(qū)動力大，抓地力較輪式結(jié)構(gòu)有大提高，越野性能較高，但由于受履帶軸心高度的限制，遇到垂壁障礙則束手無策。 我們采用同步帶作為驅(qū)動履帶，具有帶、鏈和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運(yùn)動和動力，故帶與帶輪間無相對滑動，能保證準(zhǔn)確的傳動比。傳動時傳動比可達(dá)10，效率可達(dá)90%以上。傳動噪音比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需要潤滑，壽命比摩擦帶長。 設(shè)計的四履帶協(xié)同越障平臺綜合了輪式和履帶式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。四履帶協(xié)同越障，極大提高了越障能力。爬陡坡，越寬壕，涉深水，克垂壁，穿沼澤，過田野，在復(fù)雜路面上無所阻擋。 ? 高度空間利用率 作為一個探測搭載平臺，應(yīng)該具備較充足的空間用來放置相關(guān)拓展設(shè)備。我們對車身內(nèi)部進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，將重量盡可能安排在車身內(nèi)部而不是兩側(cè)。除了車身自重以外還可以承載的最大重量為14Kg。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 模型制作完畢階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 委托中介轉(zhuǎn)讓商談
作品可展示的形式
- 模型 ?現(xiàn)場演示 ?圖片 ?錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- ? 適應(yīng)范圍與使用說明 應(yīng)用于樓層高、房間多、布局復(fù)雜的都市建筑突發(fā)火災(zāi)搜救作業(yè)中，例寫字樓、摩天大廈等。用其它特殊材料及裝載特定救援設(shè)備，也適于地震等人不能親臨現(xiàn)場的一些危險情況。時間緊迫、人命無價，工作時在第一時間，由消防云梯批量破窗投入，滅火和消防人員的救援同時展開，提高了救援工作的效率。也可拓展功能或與消防機(jī)器人配合使用。 ? 技術(shù)特點和優(yōu)勢 具輪和履帶式行走機(jī)構(gòu)的雙重優(yōu)點，可越過多種障礙。外型小巧輕盈、結(jié)構(gòu)對稱、整體重心低，有利于在惡劣的災(zāi)難現(xiàn)場保護(hù)自我、快速移動以爭取時間。 ? 推廣前景及市場分析 本模型總價格約3900元。實際投產(chǎn)中，真實比例估計有1:2的放大。因災(zāi)難環(huán)境特殊，車體、履帶及其余暴露部分均要用特種材料。特種材料的價格因為相關(guān)領(lǐng)域的保密性或其他原因無法獲取。工程制作過程（以火場為例）可以參考具有成熟技術(shù)的消防車或機(jī)器人。成本主要取決于特殊材料的價格。突發(fā)災(zāi)難時人命無價，具體應(yīng)用時可視情況而定。
同類課題研究水平概述
- 許多國家都在研制軍用、掃雷、排爆和消防機(jī)器人等危險作業(yè)機(jī)器人。作為危險作業(yè)機(jī)器人的一個分支，救災(zāi)機(jī)器人在國外發(fā)展迅速，技術(shù)日益成熟，并進(jìn)入實用化階段，日本、美國、英國等已開始裝備使用。日本大阪大學(xué)研制出蛇形機(jī)器人，能在高低不平的模擬廢墟上前進(jìn)，其頂端帶有一部小型監(jiān)視器,身體部位安裝傳感器，可在地震后的廢墟里尋找幸存者。美國iRobot公司研制了PackBot系列機(jī)器人，能適應(yīng)崎嶇不平的地形和爬樓梯，主要執(zhí)行偵察、尋找幸存者、勘探化學(xué)品泄漏等任務(wù)。InuKtun公司研制了機(jī)器人MicroVGTV，機(jī)身可變位，采用電纜控制，含有直視的彩色攝像頭，并帶有微型話筒和揚(yáng)聲器，可用于與壓在廢墟中的幸存者通話，適于在小的孔洞和空間中執(zhí)行任務(wù)。除前面的中小型救災(zāi)機(jī)器人，微型救災(zāi)機(jī)器人也正在研究中，美國加州大學(xué)伯克利分校研制出世界第一個蒼蠅機(jī)器人，通過裝在它腦袋上的微型傳感器與微型攝像機(jī)，可以到倒塌的建筑物廢墟底下或其他災(zāi)難場所尋找幸存者。 國內(nèi)的研究剛剛起步，新興而富有挑戰(zhàn)性。中科院自動化所、國防科技大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、上海三家單位承擔(dān)的863計劃立項之一都已分別研制成功針對不同環(huán)境特點、側(cè)重不同功能的救災(zāi)機(jī)器人。 目前,許多研究單位正致力于救災(zāi)機(jī)器人的多方面研究,以期救災(zāi)機(jī)器人的技術(shù)更加完善.今后的發(fā)展趨勢有以下四個方面：移動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航與定位、控制方式及組建機(jī)器人救災(zāi)隊。 在災(zāi)難中，救援人員只有非常短的時間(約48小時)深入災(zāi)難現(xiàn)場內(nèi)部尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險的環(huán)境下,救災(zāi)機(jī)器人可以為救援人員提供幫助。當(dāng)人口城市化和城市人口密集現(xiàn)象的加劇，使得具有樓層高、房間多、布局復(fù)雜特點的城市建筑環(huán)境中的突發(fā)火災(zāi)搜救作業(yè)十分艱難而危險，每年都有多名消防戰(zhàn)士犧牲在火場上。 我們設(shè)計的這個探測搭載平臺車功能專一，偏于機(jī)械設(shè)計上的創(chuàng)新，因而整個系統(tǒng)不復(fù)雜、易于實現(xiàn)且穩(wěn)定性較好，作為一個搭載平臺，還可以進(jìn)行其余相關(guān)功能的拓展。該作品打破了傳統(tǒng)消防救援工作的搜尋無目的性，在第一時間進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場輔助消防人員搜救，對于救援工作具有指導(dǎo)意義，力圖能在最短的時間里救出盡可能多的幸存者?？梢砸晫嶋H的制作成本，批量生產(chǎn)，組建機(jī)器人搜救隊與消防車和消防人員聯(lián)合救援。同理在化學(xué)物質(zhì)泄漏等人不能親自去的場合也可以發(fā)揮作用。
