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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 自組網(wǎng)煤礦救災(zāi)機(jī)器人
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 煤礦事故發(fā)生后，環(huán)境的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性使得救援人員無法接近現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行偵查或施救。本項(xiàng)目針對(duì)這一應(yīng)用背景，設(shè)計(jì)了自組網(wǎng)煤礦救災(zāi)機(jī)器人，機(jī)器人采用多段履帶可變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在復(fù)雜地形環(huán)境下具備優(yōu)秀的通過能力；可深入井下通過自組網(wǎng)方式建立通信鏈路，以解決遠(yuǎn)距離通信的難題；機(jī)器人帶有功能完備的環(huán)境監(jiān)測(cè)器、生命探測(cè)器和音視頻采集裝置，實(shí)現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)評(píng)估，為救援活動(dòng)提供決策依據(jù)，有效地提高災(zāi)難救援的效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目從煤礦事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境出發(fā)，設(shè)計(jì)了帶有翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)的可變結(jié)構(gòu)履帶機(jī)器人，研發(fā)了機(jī)器人底層驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，增強(qiáng)了機(jī)器人在復(fù)雜地形條件下的通過能力。救災(zāi)機(jī)器人以PC104工控計(jì)算機(jī)為控制核心，搭載了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、音頻和視頻采集系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測(cè)器以ARM處理器為核心，包含了礦用溫度、濕度、氣壓、一氧化碳、甲烷、氧氣、粉塵等傳感器，并預(yù)留8路全時(shí)功能復(fù)用，增強(qiáng)擴(kuò)展能力；同時(shí)具備生命探測(cè)功能，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位井下被困人員；采用IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)組建無線通信網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，設(shè)計(jì)制作了網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上以WDS組網(wǎng)方式建立高速、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)鏈路?；贏RM嵌入式平臺(tái)和Android操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了救災(zāi)機(jī)器人的手持終端，該手持終端通過C/S網(wǎng)絡(luò)模型與救災(zāi)機(jī)器人之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。視頻信號(hào)以H.264壓縮編碼格式通過RTP實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議發(fā)送到手持終端，救災(zāi)人員可通過功能完備的手持終端查看事故現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和音頻視頻信息，并可對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，提高了救援工作的效率和安全性。 該自組網(wǎng)救災(zāi)機(jī)器人已經(jīng)完成原型制作并進(jìn)行了功能測(cè)試，目前正與煤炭科學(xué)研究院沈陽(yáng)分院聯(lián)合進(jìn)行本質(zhì)安全和隔爆設(shè)計(jì)，獲得證書后可以下井測(cè)試并進(jìn)行推廣應(yīng)用。
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)
- 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）可變結(jié)構(gòu)多段履帶設(shè)計(jì)：四段履帶擺臂機(jī)器人可通過旋轉(zhuǎn)臂的運(yùn)動(dòng)調(diào)整高度和姿態(tài)，在復(fù)雜環(huán)境下具備優(yōu)異的通過能力； （2）具備無線自組網(wǎng)功能：采用了IEEE802.11n無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以WDS方式自組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)井下長(zhǎng)距離、高速數(shù)據(jù)通信； （3）功能完善的環(huán)境監(jiān)測(cè)器：包含了大部分井下常用傳感器，預(yù)留8路傳感器輸入接口，8路接口可實(shí)現(xiàn)全時(shí)功能復(fù)用。 （4）功能完善的手持終端：手持終端輕便小巧、功能完善。不但可以控制機(jī)器人在井下作業(yè)，還能獲取井下環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、音頻和視頻信息。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）可變結(jié)構(gòu)履帶機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （2）無線網(wǎng)絡(luò)中繼和自組網(wǎng)方法 （2）多功能環(huán)境監(jiān)測(cè)器的研制 （3）基于Android系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制終端的實(shí)現(xiàn) 主要技術(shù)指標(biāo)： （1）尺寸：300*450*100mm （2）重量： 20kg （2）運(yùn)行時(shí)間：4小時(shí) （3）最大速度：40米/分鐘 （4）執(zhí)行結(jié)構(gòu)：多段履帶 （5）能源動(dòng)力：24V動(dòng)力鋰電池 （6）超聲波測(cè)距：20cm至4m （7）圖像清晰度：420線 （8）照明系統(tǒng)：5W LED （9）拾音距離：5m （10）通信距離：2km （11）通信速率：5-142Mbps （12）生命探測(cè)范圍：2-6米，360° （13）環(huán)境監(jiān)測(cè)：溫度、濕度、氧氣濃度、一氧化碳濃度、甲烷濃度、粉塵等 （14）工作環(huán)境：道路、斜坡、臺(tái)階、巖石、沙地、鐵軌、泥濘、凹陷、溝渠 （15）工作溫度：-10℃~80℃
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）采用可變結(jié)構(gòu)多段履帶設(shè)計(jì)，在道路、斜坡、臺(tái)階、巖石、沙地、鐵軌、泥濘、凹陷、溝渠等復(fù)雜環(huán)境下具備優(yōu)異的通過能力，可以翻越高度大于或深度小于自身兩倍的障礙物或深度，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平； （2）采用了IEEE802.11n無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以WDS方式自組網(wǎng)，井下通信距離最高可達(dá)2000m，在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)； （3）制作了功能完善的環(huán)境監(jiān)測(cè)器，該監(jiān)測(cè)器包含了礦用溫度、濕度、氧氣濃度、一氧化碳濃度、甲烷濃度、粉塵等大部分井下常用傳感器，為便于系統(tǒng)擴(kuò)展，還預(yù)留了8路傳感器輸入接口，8路接口可實(shí)現(xiàn)全時(shí)功能復(fù)用，在類似設(shè)備中功能和性能指標(biāo)處于領(lǐng)先水平； （4）機(jī)器人搭載了自主研發(fā)的生命探測(cè)器，可以井下被困人員實(shí)現(xiàn)360度探測(cè)，探測(cè)距離最大可達(dá)6m，對(duì)靜止目標(biāo)識(shí)別率高，誤報(bào)率低，達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月，遼寧省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 中試階段： 完成原型制作和功能測(cè)試，目前正與煤炭科學(xué)研究院沈陽(yáng)分院聯(lián)合進(jìn)行本質(zhì)安全和隔爆設(shè)計(jì)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利授權(quán)、合作生產(chǎn)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片；錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 自組網(wǎng)煤礦救災(zāi)機(jī)器人系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，對(duì)井下復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有煤礦救災(zāi)機(jī)器人的多種不足，能夠幫助救援人員迅速、準(zhǔn)確地開展救災(zāi)活動(dòng)，為救災(zāi)工作提供決策依據(jù)，有效地提高災(zāi)難救援的效率。在礦難救援中應(yīng)用本系統(tǒng)，對(duì)救災(zāi)工作的高效開展和保障救援人員自身安全都具有重要的意義，能夠極大地提高煤礦事故應(yīng)急處理和救災(zāi)能力。 該自組網(wǎng)救災(zāi)機(jī)器人已經(jīng)完成原型制作并進(jìn)行了功能測(cè)試，實(shí)踐證明系統(tǒng)運(yùn)行有效可靠，目前正在與煤炭科學(xué)研究院沈陽(yáng)分院聯(lián)合進(jìn)行本質(zhì)安全和隔爆設(shè)計(jì)，獲得證書后可以下井測(cè)試并進(jìn)行推廣應(yīng)用。我們將進(jìn)一步完善產(chǎn)品，使其早日為我國(guó)煤礦事故救援活動(dòng)貢獻(xiàn)力量。
同類課題研究水平概述
- 1、國(guó)外研究狀況 美國(guó)智能系統(tǒng)與機(jī)器人中心開發(fā)的礦井探索機(jī)器人 RATLER安裝了紅外攝像機(jī)、無線射頻信號(hào)收發(fā)器、危險(xiǎn)氣體傳感器，采用遙控方式控制。1998 年，曾在井下進(jìn)行了試驗(yàn)，無線直線遙控距離僅為 76 米，通信距離較短。未見其在煤礦應(yīng)用的新報(bào)道。 美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)研制的礦井搜索機(jī)器人Simbot可攜帶數(shù)字低照度攝像機(jī)和基本氣體監(jiān)視組件，發(fā)現(xiàn)受害礦工，探測(cè)氧氣和甲烷氣體含量。但是該機(jī)器人體積較小，其運(yùn)動(dòng)距離、續(xù)航能力和通信距離等受到嚴(yán)重制約。 美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究中心開發(fā)的全自主礦井探測(cè)機(jī)器人土撥鼠，主要用途是探測(cè)井下環(huán)境，精確繪制井下立體地圖。該機(jī)器人使用普通輪式結(jié)構(gòu)，對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)能力弱，難以滿足煤礦事故救災(zāi)的要求。 Remotec 公司制造的 V2 煤礦救援機(jī)器人，安裝有導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)、氣體傳感器和一個(gè)機(jī)械臂，具有夜視能力和兩路語音通訊功能。使用光纖傳送礦井環(huán)境信息和視頻信息。但該機(jī)器人體積龐大，難以在事故后狹窄的巷道中運(yùn)行。 2、國(guó)內(nèi)研究狀況 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的 CUMT-Ⅰ型礦井搜救機(jī)器人，是我國(guó)第一臺(tái)用于煤礦救援的機(jī)器人。該機(jī)器人裝備有低照度攝像機(jī)、氣體傳感器和溫度傳感器等設(shè)備。但是該機(jī)器人采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遙控方式進(jìn)行控制，不具備自組網(wǎng)能力，在井下有效控制距離僅為300米。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所為唐山開誠(chéng)電器有限公司研制了煤礦井下探測(cè)機(jī)器人。該機(jī)器人為三節(jié)履帶機(jī)構(gòu)形式，具備井下視頻音頻信號(hào)采集及溫度、風(fēng)速、CO、CH4 傳感器的數(shù)據(jù)采集功能。該機(jī)器人使用礦用電纜進(jìn)行供電和數(shù)據(jù)傳輸，運(yùn)動(dòng)能力和通信距離收到電纜的嚴(yán)重制約。 山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所、沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司研制的井下探險(xiǎn)搜救機(jī)器人搭載了三自由度的機(jī)械臂，在其末端安裝了探測(cè)傳感器、紅外攝像頭、音頻設(shè)備等。機(jī)器人采用光纖通信，制約了通信距離和機(jī)器人的活動(dòng)能力。 此外，山東大學(xué)針對(duì)履帶式井下探測(cè)機(jī)器人的底層控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。成都理工大學(xué)提出了一套搜救機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)描述方法，形成搜救機(jī)器人的最瘦特征描述表。西安科技大學(xué)對(duì)適合煤礦救援機(jī)器人的礦山地理信息系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
