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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 具有機(jī)械手臂的履帶式核輻射探測(cè)救援機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 該機(jī)器人針對(duì)核泄露事故代替救援人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施救援工作。 該機(jī)器人采用履帶式結(jié)構(gòu)，具備三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械手臂。配備有核探測(cè)儀，可以得到核污染區(qū)輻射分布情況，也可以利用其機(jī)械手臂處理核污染廢物。
- 詳細(xì)介紹：
- 具有機(jī)械手臂的履帶式核輻射探測(cè)救援機(jī)器人，其輪系結(jié)構(gòu)為倒梯形履帶式機(jī)械結(jié)構(gòu)，保證了其運(yùn)動(dòng)的可靠性和對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性，該結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能強(qiáng)，對(duì)路面的適應(yīng)性也更高。機(jī)械手臂是6自由度機(jī)械臂，可以繞過(guò)障礙物夾取物體，也可掛載傳感器，大大提升了機(jī)器人對(duì)狹窄地形和有障礙物地形的探測(cè)性能。在控制方式上，針對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多變的環(huán)境，我們采用Human-in-loop的控制方式，保證了控制的靈活性和對(duì)突發(fā)情況的應(yīng)變能力，無(wú)線遠(yuǎn)程控制無(wú)阻隔距離最大2km。核探測(cè)傳感器應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)核探測(cè)儀模塊，可以把數(shù)據(jù)傳給機(jī)器人主控系統(tǒng)。該機(jī)器人依靠履帶式機(jī)器人機(jī)動(dòng)性能好，對(duì)路面適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，具備了深入污染區(qū)進(jìn)行核探測(cè)的能力，同時(shí)配備了三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械手臂，大大提升了機(jī)器人的探測(cè)性能。該機(jī)器人可以得到和污染區(qū)的輻射信息，并且可以推算出污染區(qū)的輻射分布情況。也可以處理核污染廢物，先通過(guò)核探測(cè)儀檢測(cè)該物體的輻射值，再根據(jù)情況用機(jī)械手臂夾取核污染廢物放入鉛盒中或做其它處理。
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)
- 近年來(lái)，災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)后的救援工作顯得尤為重要，該機(jī)器人的目的就是深入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搜索救援。 該機(jī)器人能夠深入核污染區(qū)進(jìn)行搜索工作，獲得核污染區(qū)的輻射分布情況數(shù)據(jù)。核輻射探測(cè)傳感器加裝在機(jī)械手臂前端，可以識(shí)別放射源的輻射強(qiáng)度，從而做出處理。 該機(jī)器人能夠針對(duì)核污染區(qū)進(jìn)行探測(cè)，一方面可以探測(cè)和污染區(qū)的輻射分布狀況，從而找出核泄漏點(diǎn)。另一方面可以探測(cè)受污染的放射源物體，對(duì)其進(jìn)行處理。 創(chuàng)新點(diǎn)在于把核探測(cè)設(shè)備和履帶式機(jī)器人結(jié)合起來(lái)，既應(yīng)用了履帶式移動(dòng)機(jī)器人機(jī)動(dòng)性能好的特點(diǎn)，又利用了機(jī)械手臂的靈活性和核探測(cè)設(shè)備的探測(cè)能力。大大提升了機(jī)器人救援效率。 該機(jī)器人最大載重100kg。最大速度0.8m/s。機(jī)器人裝備三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械手臂，有效長(zhǎng)度1.5m，最大夾取重量15kg。控制方式為Human-in-loop方式。無(wú)線通信無(wú)阻隔距離2km。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前國(guó)內(nèi)外搜索救援機(jī)器人針對(duì)的都是普通災(zāi)害的救援，如自然災(zāi)害，地震、海嘯等，以及恐怖襲擊，樓房倒塌等。幾乎沒(méi)有針對(duì)核輻射探測(cè)的搜索救援機(jī)器人。 我們研發(fā)機(jī)器人最大的特點(diǎn)就是具備核輻射檢測(cè)能力，加裝在機(jī)械手臂前端的核傳感器能夠檢測(cè)出空氣中核輻射強(qiáng)度，通過(guò)機(jī)器人控制系統(tǒng)處理，得到核污染區(qū)輻射分布情況數(shù)據(jù)。裝備的機(jī)械手臂還可以對(duì)放射源進(jìn)行處理，采集放射源樣本等。 機(jī)械結(jié)構(gòu)方面。該機(jī)器人的輪系結(jié)構(gòu)采用倒梯形履帶式結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多變的路面環(huán)境，兼顧其爬坡能力，并且該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。機(jī)械手臂采用三關(guān)節(jié)六自由度，相比工業(yè)應(yīng)用的兩關(guān)節(jié)四自由度機(jī)械手臂，它能夠繞過(guò)障礙物夾取探測(cè)后面的物體。 控制系統(tǒng)方面。該機(jī)器人的控制策略是Human-in-loop的方式，保證機(jī)器人能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 目前已完成樣機(jī)，進(jìn)行試驗(yàn)和改進(jìn)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 樣機(jī)圖片，錄像，以及樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)展示
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)
- 該機(jī)器人通過(guò)遠(yuǎn)程操作控制，可以通過(guò)PC機(jī)或遙控器發(fā)送控制指令，PC機(jī)顯示界面包括視頻信息，機(jī)器人環(huán)境信息，核輻射分布信息。 該機(jī)器人載重量大，可以針對(duì)具體災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)加裝傳感器。機(jī)械手臂關(guān)節(jié)具有機(jī)械自鎖功能，提高了其夾取的可靠性。 機(jī)器人應(yīng)用于核泄漏事故檢測(cè)中，可以代替救援隊(duì)員進(jìn)行搜索救援。大大減少了救援隊(duì)員的傷亡。也可以在特殊場(chǎng)合進(jìn)入核工廠中，代替工作人員處理放射源，減少了核輻射對(duì)工作人員的傷害。該機(jī)器人在普通災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)可以協(xié)助救援隊(duì)搜索救援，提高救援效率，挽救更多的生命。因此具有廣泛的社會(huì)意義。
同類課題研究水平概述
- 具有機(jī)械手臂的履帶式核輻射探測(cè)機(jī)器人按照應(yīng)用領(lǐng)域分類屬于搜索救援機(jī)器人。 從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，國(guó)外就開(kāi)展了救援機(jī)器人的研究，針對(duì)無(wú)人陸地救援機(jī)器人，研究的主要兩個(gè)方面就是機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法。陸地機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)有很多種，如輪式、履帶式、蛇形、腿式以及爬行機(jī)器人?？刂品椒ǖ闹饕獑?wèn)題就是如何設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定方便的控制方法，使機(jī)器人高效地工作。目前搜索救援領(lǐng)域的機(jī)器人都在研發(fā)試用階段，和真正實(shí)際應(yīng)用還有一定距離。最關(guān)鍵的問(wèn)題是提升動(dòng)力性能和探測(cè)能力。目前該領(lǐng)域中研發(fā)的機(jī)器人各有特點(diǎn)，國(guó)外有代表性的搜索救援機(jī)器人是日本的snakebot，該機(jī)器人是蛇形結(jié)構(gòu)，可以探測(cè)狹窄區(qū)域的環(huán)境，但是動(dòng)力性能不足，無(wú)法攜帶更多的傳感器。國(guó)內(nèi)有代表性的救援機(jī)器人采用履帶式結(jié)構(gòu)，但是無(wú)夾取物體的設(shè)備，無(wú)法得到障礙物后面的信息，探測(cè)能力又顯的不足。 特別是針對(duì)核輻射檢測(cè)任務(wù)，該領(lǐng)域中很少有機(jī)器人具備核輻射檢測(cè)功能。日本福島核電站泄漏后，日本政府向?yàn)?zāi)區(qū)投放核檢測(cè)專用的Monirobo機(jī)器人。國(guó)內(nèi)相關(guān)的研究也開(kāi)始起步，但是目前還沒(méi)有一款具備核探測(cè)功能的搜索救援機(jī)器人。因此需要一款具備核探測(cè)功能的搜索救援機(jī)器人來(lái)滿足公共安全領(lǐng)域的需要。
