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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 抗震救援機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 抗震救援機(jī)器人是針對地震發(fā)生時(shí)的特殊工作環(huán)境設(shè)計(jì)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(zāi)區(qū)，充分利用黃金救援時(shí)間，挽救廢墟中幸存者的寶貴生命。該機(jī)器能夠在廢墟上行走，并可在復(fù)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(yīng)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(dú)立工作，又可以雙臂配合工作，利用機(jī)器人運(yùn)動學(xué)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(xì)介紹：
- 地震是經(jīng)常發(fā)生的災(zāi)難，震后救援工作時(shí)間緊迫，勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，危險(xiǎn)性高。一般災(zāi)區(qū)道路損毀嚴(yán)重，大型工程機(jī)械無法迅速到達(dá)，延誤了寶貴的救援時(shí)間。地震廢墟現(xiàn)場有大量的預(yù)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(shí)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(diǎn)為：體積小、重量輕，可采用空投的方式運(yùn)往現(xiàn)場；救援時(shí)重點(diǎn)建立生存空間與安全區(qū)的通道，可在廢墟上甚至進(jìn)入倒塌建筑內(nèi)部開展工作，救援方式靈活，針對性強(qiáng)，抓臂可對障礙物通過抓、扒進(jìn)行清除，如遇到鋼筋等物牽連時(shí)，可剪斷；如遇大塊預(yù)制板等超出其抓取能力的重物，可先行剪、咬處理，實(shí)現(xiàn)分塊；雙臂可各自獨(dú)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(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)
- 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(yán)重的滯后，多采用工程機(jī)械營救，存在許多局限性，如運(yùn)輸不便，功能單一等。我們針對上述情況設(shè)計(jì)的作品，具有高效率、多功能的特點(diǎn)，可適應(yīng)復(fù)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(jī)器人； 2、適應(yīng)性強(qiáng)，本機(jī)器人采用雙履帶可適應(yīng)不同地形，能夠爬坡，可到達(dá)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(diǎn)： 1、采用雙履帶，爬升能力強(qiáng)，可較好地適應(yīng)廢墟現(xiàn)場； 2、雙臂仿生設(shè)計(jì)，可配合或獨(dú)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(dǎo)向結(jié)構(gòu)，剪口分區(qū)設(shè)計(jì)； 4、抓頭仿鷹爪設(shè)計(jì)，通過氣動控制，實(shí)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(jī)器人運(yùn)動學(xué)正、逆矩陣的計(jì)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(jī)器有12個(gè)自由度，可采用遠(yuǎn)或近距離控制操作。主要技術(shù)指標(biāo)： 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(gè)機(jī)器人重 25kg； 3、機(jī)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(xué)性、先進(jìn)性
- 1、由于設(shè)計(jì)為小型化機(jī)器人，可迅速運(yùn)輸?shù)降卣瓞F(xiàn)場，充分利用黃金救援時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速、高效救援； 2、采用雙履帶行走方式，可適應(yīng)復(fù)雜地形，具有爬坡能力，甚至可進(jìn)入尚未完全倒塌的危樓實(shí)行營救工作； 3、集成剪、抓、扒等多種救援功能，滿足復(fù)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(jī)器人也可用于反恐、處理核物質(zhì)等危險(xiǎn)場合。 類似挖掘機(jī)等大型工程機(jī)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(xiàn): [1] 熊有倫 吳振彪等.工業(yè)機(jī)器人[M]，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007，8 [2] 陳曉東主編.警用機(jī)器人，北京：科學(xué)出版社[M]，2008.5 [3] 宋彩利主編.單片機(jī)原理與C51編程[M] ，西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.6.
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009-06-07在省第三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲一等獎(jiǎng)。
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(shí)物模型現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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
- 該機(jī)器人的雙臂仿生設(shè)計(jì)，可配合也可獨(dú)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(shí)運(yùn)輸?shù)降卣瓞F(xiàn)場；伸展后工作范圍大，實(shí)行高效救援；集成剪、抓、扒多功能于一體，且多個(gè)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(jī)器人除用于抗震救援外，也可用于反恐；同時(shí)因采用了模塊設(shè)計(jì)，可進(jìn)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(jì)效益預(yù)測: 目前，國外僅日本一家公司研制出用于雪災(zāi)救援的類似機(jī)器，國內(nèi)尚未見諸報(bào)道。高效率、多功能的抗震救援機(jī)器人應(yīng)具有廣闊的應(yīng)用前景。 該機(jī)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(shí)物機(jī)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(jià)可望在28萬圓~35萬圓之間。一臺該機(jī)器的救生效率是人的十倍以上，其搶救生命的社會價(jià)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(zāi)害，其特點(diǎn)是時(shí)間短、破壞性強(qiáng)，常給人類造成巨大的損失。 抗震救援機(jī)器人是一種雙臂、多功能、集成式、小型化機(jī)器人，在發(fā)現(xiàn)幸存者后實(shí)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(jī)械或簡陋的工具，其中最實(shí)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(shí)間。 現(xiàn)有對地震救援現(xiàn)場機(jī)器人研究最多的是：搜救類機(jī)器人，大多是研究利用機(jī)器來發(fā)現(xiàn)幸存者。如蛇形機(jī)器人、“蛇眼”搜索儀器等。目前，國內(nèi)外對直接實(shí)施營救動作的機(jī)器人的研究很少，此方面研究嚴(yán)重滯后。
