基本信息
- 項目名稱：
- 多功能災難現(xiàn)場搜救機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品是針對礦難、地震等搜救的專用機器人，采用輪腿結(jié)構(gòu)作為行走機構(gòu)，輪腿半徑的可變化設(shè)計可進一步提高機器人的越障能力，整體結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計使機器人能夠更穩(wěn)定的適應(yīng)復雜地形。搭載溫度、氣體等模塊化傳感器，通過無線通訊可實時傳回災難現(xiàn)場信息并通過人機界面顯示。人體紅外檢測傳感器與攝像頭組合工作，輔以三自由度平臺，可精確搜索到被困人員。獨特的欠驅(qū)動營養(yǎng)液輸送機構(gòu)可針對特殊情況對被困人員進行營養(yǎng)供給。
- 詳細介紹：
- 本作品是針對礦難、地震等搜救的專用機器人，具有越障能力強、功能多、體積小、能耗低等特點，可快速鎖定被困人員所處區(qū)域，及時掌握被困人員的生存狀態(tài)以及現(xiàn)場環(huán)境狀況，并可對被困人員進行營養(yǎng)補給。 機器人由“行走部分”“功能部分”以及“控制及通訊部分”組成。機器人采用輪腿結(jié)構(gòu)作為行走機構(gòu)，輪腿半徑的可變化設(shè)計可進一步提高機器人的越障能力，整體結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計使機器人能夠自主穩(wěn)定適應(yīng)復雜地形，仿生觸須的設(shè)計可使機器人對外界環(huán)境有初步的自主判斷。 機器人具備“環(huán)境探測”“人員搜索”“輔助救援”功能。溫度、可燃氣體濃度等傳感器可實時監(jiān)測災難現(xiàn)場環(huán)境情況。人體紅外檢測傳感器與攝像頭組合工作，配以升降、回轉(zhuǎn)、仰俯三自由度平臺，有效地擴大傳感器與攝像頭的工作范圍，可快速精確搜索到被困人員。獨特的欠驅(qū)動營養(yǎng)液輸送裝置可針對特殊環(huán)境對被困人員進行營養(yǎng)補給。機器人采用2.4G頻率無線遙控操作以及數(shù)據(jù)通訊，抗干擾能力強，信息通訊質(zhì)量好。同時人機界面的設(shè)計方便操作人員及時掌握災難現(xiàn)場信息，減少操作人員的疲勞程度。 該機器人同時也是個搭載平臺，借助于機器人優(yōu)越的越障性能，可以為機器人搭載一定體積的其它救援或反恐防暴設(shè)備。針對不同應(yīng)用場合，對機器人功能進行模塊化調(diào)整，從而實現(xiàn)一個移動平臺多種應(yīng)用場合的用途。
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
- 目的： 針對礦難、地震等災難發(fā)生時的惡劣現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計一款越障以及適應(yīng)復雜地形能力強、功能全面的搜救機器人來提高救援效率。 基本思路： 將該機器人劃分為行走部分、功能部分、控制及通訊部分。行走部分要求具有良好的地面適應(yīng)能力和越障性能，功能部分要求具備“環(huán)境探測”“人員搜索”“輔助救援”功能，控制及通訊部分要求數(shù)據(jù)能夠無線傳輸，完成各種功能。依據(jù)各部分不同要求進行優(yōu)化設(shè)計。 創(chuàng)新點： （1）不同結(jié)構(gòu)輪腿的組合使用、輪腿半徑可變化設(shè)計以及車體的仿生設(shè)計。 （2）人體紅外熱釋電傳感器與攝像頭組合工作，配以三自由度平臺，可快速鎖定被困人員所處位置。 （3）獨特的欠驅(qū)動營養(yǎng)液輸送裝置，可針對特殊情況進行營養(yǎng)液補給。 （4）2.4G無線通訊與人機界面方便操作人員掌握現(xiàn)場信息以及對機器人遙控操作。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）伸縮輪腿結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計，轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計。 （2）欠驅(qū)動營養(yǎng)液輸送機構(gòu)及傳動設(shè)計。 （3）2.4G無線通訊模塊的程序編寫與調(diào)試。 主要技術(shù)指標： 輪腿半徑為：9～12 cm 車身長寬高：60 cm× 28 cm×18 cm 營養(yǎng)液輸送臂工作范圍：23～41cm 攝像頭云臺：高度為2.5～41.3cm，水平轉(zhuǎn)角±180°，仰俯角度±60° 車體重量：≤3.2 kg 平地行走速度約為：1.44 km/h 爬坡角度為：≤35° 攀爬臺階最大高度為：20 cm
科學性、先進性
- 現(xiàn)有的搜救機器人多為輪式、履帶式以及蛇形式。輪式雖然移動速度快，但越障能力有限；履帶式能夠提供較大牽引力，但能耗較高，適應(yīng)復雜地形能力有限；蛇形式在某些特殊場合機動性能優(yōu)越，但運動平穩(wěn)性差，承載能力弱，結(jié)構(gòu)和控制都較復雜。 該作品行走部分采用輪腿結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)輪腿的組合使用以及車體的仿生設(shè)計使機器人具備較強的越障能力，輪腿半徑的可變化設(shè)計進一步提高機器人越障能力。 在人員搜索方面，傳統(tǒng)的搜索類機器人僅依靠攝像頭進行人員搜索，操作人員容易疲勞。該機器人采用人體紅外熱釋電傳感器與攝像頭組合工作，配以升降、回轉(zhuǎn)、仰俯三自由度平臺，有效地擴大傳感器與攝像頭工作范圍，可快速精確搜索到被困人員。在救援方面，從被困人員在礦難、地震等災難發(fā)生后如何繼續(xù)存活下去這一思路出發(fā)，設(shè)計出獨特的欠驅(qū)動營養(yǎng)液輸送機構(gòu)，打破傳統(tǒng)機器人雖然可以攜帶食物但必須由被困人員親自取用的情況。針對災難現(xiàn)場一些特殊情況，該欠驅(qū)動營養(yǎng)液輸送機構(gòu)可以將輸送臂伸長，從而對被困人員進行營養(yǎng)供給。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 我省2011年“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 面議
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、樣品、錄像、圖片
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)濟效益預測
- 使用說明：使用遙控器控制機器人運動，通過人機界面觀測機器人的運動狀態(tài)，同時機器人將現(xiàn)場各種反饋信息實時傳遞回界面供操作人員參考。 技術(shù)特點及優(yōu)勢：輪腿結(jié)構(gòu)以及伸縮輪腿設(shè)計使機器人具備良好的移動性能及越障能力；人體紅外熱釋電傳感器與攝像頭配合工作可迅速鎖定被困人員所處區(qū)域，三自由度平臺為其提供了開闊的工作范圍；獨特的欠驅(qū)動營養(yǎng)液輸送機構(gòu)針對被困人員所處特殊狀態(tài)，為其直接提供營養(yǎng)物質(zhì)以延續(xù)生命；使用2.4G無線頻率進行數(shù)據(jù)傳輸，有效地提高了抗干擾能力，保證信息質(zhì)量。 適應(yīng)范圍及推廣前景效益預測：該機器人可應(yīng)用于礦難、地震等突發(fā)災難現(xiàn)場進行環(huán)境探測、人員搜索、輔助救援。該機器人同時也是個移動越障平臺，針對不同應(yīng)用場合，對功能進行模塊化調(diào)整，從而實現(xiàn)一個移動平臺多種應(yīng)用場合的用途。生命無價，搜救人員以及被困人員的人身安全同等重要。及時掌握災難現(xiàn)場環(huán)境狀況可以有效保障搜救人員的人生安全，成功搜索到被困人員并給予營養(yǎng)補給，可以有效延續(xù)被困人員生命，為其提供生存信心。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外礦難頻繁發(fā)生，急需能夠用于礦難現(xiàn)場的專用搜救裝備。國外，以Irobot公司的Packbot以及“路測”機器人為例，兩者均為履帶式機器人，不是專為礦難場合設(shè)計，因此其適應(yīng)軌道、狹窄空間以及復雜地形能力非常有限，尤其是“路測”機器人體積龐大，不適合針對礦難情況進行營救。2010年11月22日，“路測”機器人在新西蘭派克河煤礦爆炸事故中僅行進550米就失去了工作能力。Packbot機器人雖然體積小巧，但其功能十分單一，控制也較為復雜。而且履帶式機器人能耗較高，不利于礦難救援。國內(nèi)以沈陽新松機器人自動化有限公司和山東省科學院自動化研究所的井下探測救援機器人為例，這是國內(nèi)首款專門針對井下救援設(shè)計的機器人，在功能上也相對全面，但其底盤較低，移動平臺適應(yīng)復雜地形能力一般。 針對礦井內(nèi)軌道、狹窄空間等地形較為復雜，傳統(tǒng)的輪式機器人越障能力差，腿式機器人控制復雜，蠕動式針對特定場合適應(yīng)能力強，但其承載能力差的特點，該類機器人均不能較好適應(yīng)礦井內(nèi)復雜地形。借鑒Rhex與Whegs單輪腿與三輪腿結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計出全新的不同輪腿結(jié)構(gòu)組合使用方案，經(jīng)過測試其適應(yīng)軌道、廢墟等復雜地形能力強，而且機器人體積小巧，整體機械效率高，能耗較低，綜合性能已經(jīng)超過國外Rhex與Whegs機器人。該機器人針對礦難現(xiàn)場可能出現(xiàn)的惡劣環(huán)境配備溫度、濃度、人體檢測傳感器和三自由度攝像頭平臺，并且能為被困人員提供營養(yǎng)物質(zhì)，可以在災難發(fā)生后的最短時間內(nèi)被投入現(xiàn)場，并迅速接近目標，搜集溫度、有害氣體濃度等信息，確定被困人員位置，并進行一些輔助救援工作。
