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基本信息

項目名稱:
深水井救援機器人
小類:
機械與控制
簡介:
本項目旨在制造一個應(yīng)用于深水井救援領(lǐng)域的救援機器人,以彌補該領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)救援設(shè)備的空白。 該機器人由六個模塊組成,分別是無線控制模塊、快速移動固定模塊、定位模塊、救援執(zhí)行模塊、時時通信及生命支持模塊。本機器人體積小,活動靈活,能在狹窄的井中進(jìn)行多種操作,完成在狹窄空間內(nèi)人所很難或不可能完成的任務(wù)。在使用本裝置實施救援時,消防員只需在地面上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制便能快速完成救援任務(wù)。
詳細(xì)介紹:
1.作品設(shè)計、發(fā)明的目的 中國是一個農(nóng)業(yè)大國,國家為了保障農(nóng)業(yè)灌溉,在各地興建了大量的灌溉機井。這種灌溉機井?dāng)?shù)量眾多,井深、井口細(xì)小。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅一般的縣城內(nèi)就有1000余口深機井,全國可謂不計其數(shù),大部分機井直徑只有30-40厘米,少數(shù)機井直徑在40-60厘米之間。 在一些農(nóng)村,田中的廢棄機井疏于管理,致使那些廢棄的機井成為當(dāng)?shù)氐囊环N潛在危險,這些“陷阱”讓人防不勝防。 尤其是夏秋兩季,草木瘋長,井口隱蔽,到處都是吃人的黑洞。經(jīng)常會有人不慎落入井內(nèi),不少機井直徑只有30-40厘米,而正常人的肩膀為40-60厘米寬,這種情況給救援帶來了極大的麻煩。因為沒有專業(yè)的救援設(shè)備,落井者不能得到及時的救援,又由于井下缺氧,環(huán)境復(fù)雜,經(jīng)常會導(dǎo)致受害人由于解救不及時而死亡,這樣的慘劇屢見不鮮,給親人帶來了極大的痛苦,給社會帶來了巨大的損失。 目前國內(nèi)還沒有針對此類事故的專業(yè)救援設(shè)備,最普遍救援方式都是“倒掛金鐘”,即將救援人員頭朝下用救生繩吊到井下救人,由于井下缺氧,環(huán)境復(fù)雜,人長時間倒掛呼吸不暢,血脈逆行,這種方法很危險。此外就是用大型機械在機井旁挖坑施救,弊端是費時耗力,等一切到位了,墜井者往往兇多吉少。 誰都知道,早一分鐘把人救出來,被救人員就多一份生還的可能,因為井下有水、缺氧、害怕…… 若在救援時使用這個深井救援機器人,搶救人員到來以后,只需要幾分鐘的時間,就可以完成救人的任務(wù)!本救援設(shè)備的運用大大降低了救援難度提高了救援成功率,其意義是重大的。 2.作品設(shè)計、發(fā)明的基本思路 本救援機器人是為了適應(yīng)井下的復(fù)雜的環(huán)境,滿足實際救援需要而發(fā)明的一種救援裝置。經(jīng)過對近百起落井事故進(jìn)行系統(tǒng)地分析之后,我們結(jié)合本裝置擬定了一套能夠應(yīng)對井下復(fù)雜情況的深井救援方案。 本機器人以機械化與數(shù)字化相結(jié)合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)純?nèi)斯ぞ仍蛡鹘y(tǒng)機械救援方式,體現(xiàn)了人機一體化的設(shè)計思想。在獨立設(shè)計制造出機械主體的基礎(chǔ)上,整合了一套無線數(shù)字化救援控制方案,加入無線攝像頭和無限通訊設(shè)備,設(shè)計制造了集成控制電路并實現(xiàn)了可視化的救援操作。 本機器人的運用大大降低了救援難度,在縮短救援時間的同時還有力地保障了被救者和救援人員的人身安全,有著巨大的使用價值和廣闊的市場空間。 該機器人按照模塊化的思想設(shè)計了其六大功能模塊: (1)無線控制模塊 (2)快速移動固定模塊 (3)定位模塊 (4)救援執(zhí)行模塊 (5)時時通信??? (6)生命支持模塊 模塊化的設(shè)計思路應(yīng)用,提高了機器人運行時的穩(wěn)定性,也降低了機器人的維修難度。 3.作品的創(chuàng)新之處 本項目率先設(shè)計制造機械化救援的機器人,并實現(xiàn)了整體機械的數(shù)字化控制,符合人機一體化的創(chuàng)新方向。本作品主要有六大創(chuàng)新點。 (1)可擴展定位卡盤的設(shè)計 定位卡盤位于救援機器人的頂部。該卡盤只需一個電機驅(qū)動便能實現(xiàn)定位卡盤三個方向上的頂出桿的擴展和收縮動作。該機構(gòu)的設(shè)計,高效地解決了機器人主體在井下難以固定的問題。 (2)救援機械手臂的定位機構(gòu)的設(shè)計 手臂的定位機構(gòu)運用絲桿傳動實現(xiàn)了徑向上的定位,運用同步帶傳動又實現(xiàn)了手臂在圓周方向上的定位,同時手臂還能夠伸縮調(diào)整長度。圓周方向、徑向、軸向這三位方位上位置定位的實現(xiàn),使得救援手臂在井下能到達(dá)各種空間位置,能應(yīng)對實際救援中復(fù)雜的救援需要。 (3)單電機三節(jié)電動伸縮臂的設(shè)計 該機構(gòu)通過對絲桿傳動、定滑輪、動滑輪、鋼絲繩及拉伸彈簧的組合運用,實現(xiàn)了只需一個電機就能完成三節(jié)手臂的伸縮,增強了救援手臂在工作時的穩(wěn)定性和連續(xù)性,提高了救援效率。 (4)可變形托舉機構(gòu)的設(shè)計 該機構(gòu)位于三節(jié)電動伸縮臂的端部。運用連桿,彈簧,滑輪及鋼絲繩實現(xiàn)其功能。當(dāng)三節(jié)電動伸縮臂伸展至極限位置時,托舉桿能夠自動打開并自鎖,從而實現(xiàn)了從底部對落井者實施托舉的功能。 (5)救援過程的無線化、數(shù)字化 無線控制的運用使得機器人能更好地適應(yīng)不同的救援環(huán)境。無線攝像頭及無線音頻的運用使得救援人員能及時了解井下實際狀況,為救援的順利進(jìn)行提供了保障。 4.主要技術(shù)指標(biāo)性能 適用井口范圍:30cm~60cm 救援深度:2m~40m 無線操作范圍:0m~50m 抬升重量:0N~10KN 抬升速度:0.05m/s~0.5m/s 功率:0W~800W 5.作品的技術(shù)特點 經(jīng)過對近百起落井事故進(jìn)行系統(tǒng)的分析擬定了一套能夠應(yīng)對井下各種復(fù)雜情況的深井救援方案。為實現(xiàn)上述救援方案,該針對于小直徑深井救援機器人采用機械化與數(shù)字化相結(jié)合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)純?nèi)斯ぞ仍蛡鹘y(tǒng)機械救援,體現(xiàn)了人機一體化的設(shè)計思想。 在獨立設(shè)計制造出機械主體的基礎(chǔ)上,整合了一套無線數(shù)字化救援控制方案,加入無線攝像頭和無限通訊設(shè)備,設(shè)計制造了集成控制電路并實現(xiàn)了計算機可視化操作。 6.適用及推廣范圍 目前在國內(nèi),農(nóng)用機井的機械化井下救援還是一片空白。傳統(tǒng)的幾種井下救援的方法救援效果不理想,落井事故一旦發(fā)生,落井者死亡率很高。目前落井事故的頻發(fā)也引起了相關(guān)部門的高度重視,社會各方力量也在積極尋求解決辦法,我們的救援機器人就是在這么一個大環(huán)境下誕生的。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國大約有400~500萬口機井,全國每年發(fā)生400~500起機井吃人傷人事件,造成直接經(jīng)濟損失3600萬元。按30年計算,直接損失10.8億元,這些還不包括公安、消防、武警、醫(yī)護人員付出的汗水心血。而每年發(fā)生的機井“吃人,傷人”事件所造成的間接損失更是無法計算的。機井吃人傷人讓社會付出了生命和財產(chǎn)的沉重代價。各地的消防隊經(jīng)常執(zhí)行井下救援的任務(wù),但目前他們救援手段十分有限,他們對機械化的救援機械有著迫切的需求。我們的救援機器人正滿足了這個需求??紤]到國內(nèi)該領(lǐng)域的發(fā)展處于起步階段,市場潛力極大,若市場啟動,其經(jīng)濟規(guī)模很可能會可快達(dá)到上億。

作品圖片

  • 深水井救援機器人
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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)

1.作品發(fā)明目的 本項目旨在設(shè)計制造針對小直徑深水井的救人機器人,以填補該種救援設(shè)備的真空狀態(tài)。 2.作品設(shè)計、發(fā)明的基本思路 本救援機器人是為了適應(yīng)井下的復(fù)雜的環(huán)境,滿足實際救援需要而發(fā)明的一種救援裝置。經(jīng)過對近百起落井事故進(jìn)行系統(tǒng)地分析之后,我們結(jié)合本裝置擬定了一套能夠應(yīng)對井下復(fù)雜情況的深井救援方案。 本機器人以機械化與數(shù)字化相結(jié)合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)純?nèi)斯ぞ仍蛡鹘y(tǒng)機械救援方式,體現(xiàn)了人機一體化的設(shè)計思想。在獨立設(shè)計制造出機械主體的基礎(chǔ)上,整合了一套無線數(shù)字化救援控制方案,加入無線攝像頭和無限通訊設(shè)備,設(shè)計制造了集成控制電路并實現(xiàn)了可視化的救援操作。 3.作品創(chuàng)新點 (1)可擴展定位卡盤的設(shè)計 (2)救援機械手臂的定位機構(gòu)的設(shè)計 (3)單電機三節(jié)電動伸縮臂的設(shè)計 (4)可變形托舉機構(gòu)的設(shè)計 (5)救援過程的無線化、數(shù)字化 4.作品的技術(shù)特點 經(jīng)過對近百起落井事故進(jìn)行系統(tǒng)的分析擬定了一套能夠應(yīng)對井下各種復(fù)雜情況的深井救援方案。為實現(xiàn)上述救援方案,該救援機器人采用機械化與數(shù)字化相結(jié)合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)純?nèi)斯ぞ仍蛡鹘y(tǒng)機械救援,體現(xiàn)了人機一體化的設(shè)計思想。 5.主要技術(shù)指標(biāo)性能 適用井口范圍:30cm~60cm 救援深度:2m~40m 無線操作范圍:0m~50m 抬升重量:0N~10KN 抬升速度:0.05m/s~0.5m/s 功率:0W~800W

科學(xué)性、先進(jìn)性

該救援機器人是針對井下的環(huán)境特點為滿足實際救援需要而發(fā)明的一種數(shù)字化控制救援機器人。 本項目在經(jīng)過對近百起落井事故進(jìn)行系統(tǒng)的分析后,擬定了一套能夠應(yīng)對井下各種復(fù)雜情況的深井救援方案。本機器人采用機械化與數(shù)字化相結(jié)合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)純?nèi)斯ぞ仍蛡鹘y(tǒng)機械救援,體現(xiàn)了人機一體化的設(shè)計思想。在獨立設(shè)計制造出機械主體的基礎(chǔ)上,整合了一套無線數(shù)字化救援控制方案,加入無線攝像頭和無線通訊設(shè)備,設(shè)計集成控制電路并實現(xiàn)了計算機可視化救援操作。 本機器人的運用大大減小了救援難度,在縮短了救援時間的同時還有力地保障了被救者和救援人員的人身安全,有著巨大的使用價值和廣闊的市場空間。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

(1)獲得省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)競賽特等獎 (2)在校第22屆“運河杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品科技競賽中獲特等獎。 (3)以該作品為主打產(chǎn)品的大學(xué)生創(chuàng)業(yè)項目“興宇器械有限公司”,已經(jīng)在兩千多個參賽項目中成功晉級為決賽的前一百強隊之一。 (4)本項目為2010年省新苗人才大學(xué)生創(chuàng)新項目

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

面議

作品可展示的形式

1、樣機2、現(xiàn)場視頻3、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(yù)測

1.技術(shù)特點 該針對于小直徑深井救援機器人采用機械化與數(shù)字化相結(jié)合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)純?nèi)斯ぞ仍蛡鹘y(tǒng)機械救援,體現(xiàn)了人機一體化的設(shè)計思想。在獨立設(shè)計制造出機械主體的基礎(chǔ)上,整合了一套無線數(shù)字化救援控制方案,加入無線攝像頭和無限通訊設(shè)備,設(shè)計制造了集成控制電路并實現(xiàn)了計算機可視化救援操作。 2.市場分析 目前在國內(nèi),農(nóng)用機井的機械化井下救援還是一片空白。傳統(tǒng)的幾種井下救援的方法救援效果不理想,每年發(fā)生的機井“吃人,傷人”事件所造成的間接損失更是無法計算的。機井吃人傷人讓社會付出了生命和財產(chǎn)的沉重代價。各地的消防隊經(jīng)常執(zhí)行井下救援的任務(wù),但目前他們救援手段十分有限,他們對機械化的救援機械有著迫切的需求。我們的救援機器人正滿足了這個需求。考慮到國內(nèi)該領(lǐng)域的發(fā)展處于起步階段,市場潛力極大,若市場啟動,其經(jīng)濟規(guī)模很可能會可快達(dá)到上億。

同類課題研究水平概述

目前國內(nèi)外雖然已有相對于該種落井事故救援設(shè)備的專利共18項,相關(guān)論文0篇;但由于所有專利所能實現(xiàn)的功能單一,不能有效地應(yīng)對井下各種復(fù)雜的情況且功能不過穩(wěn)定,只能用于比較簡單的救援,而針對于在井下數(shù)十米完全黑暗,空間狹窄的情況則只能望洋興嘆,推廣及實戰(zhàn)性不強。 目前最普遍救援方式都是“倒掛金鐘”,把救援人員頭朝下用救生繩吊到井下救人,由于井下缺氧,環(huán)境復(fù)雜,人長時間倒掛呼吸不暢,血脈逆行,這種方法也很危險。此外就是用大型機械在機井旁挖坑施救,弊端是費時耗力,等一切到位了,墜井者往往兇多吉少。 誰都知道,早一分鐘把人救出來,被救人員就多一份生還的可能,因為井下有水、缺氧、害怕…… 基于IDEF0的功能模型設(shè)計理念,我們經(jīng)過對近百起落井事故進(jìn)行系統(tǒng)的分析擬定了一套能夠應(yīng)對井下各種復(fù)雜情況的深井救援方案。為實現(xiàn)上述救援方案,該針對于小直徑深井救援機器人集可擴展定位卡盤、新型抓肩、夾持腳踝、三節(jié)電動伸縮臂、可變形托舉等新型機構(gòu)為一體,采用機械化與數(shù)字化相結(jié)合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)純?nèi)斯ぞ仍蛡鹘y(tǒng)機械救援,體現(xiàn)了人機一體化的設(shè)計思想。在獨立設(shè)計制造出機械主體的基礎(chǔ)上,整合了一套無線數(shù)字化救援控制方案,加入無線攝像頭和無限通訊設(shè)備,設(shè)計制造了集成控制電路并實現(xiàn)了計算機可視化操作。因此該深井救援機器人能夠在擬定的救援方案操作下在各種復(fù)雜的環(huán)境下快速、有效地完成救援任務(wù)。
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