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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 藍(lán)色精靈--探測(cè)搭載平臺(tái)
- 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B類
- 簡(jiǎn)介：
- 緊扣挑戰(zhàn)杯“崇尚科學(xué)、追求真知、勤奮學(xué)習(xí)、銳意創(chuàng)新、迎接挑戰(zhàn)”的宗旨，以“簡(jiǎn)捷高效，以人為本”為理念，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款能夠在第一時(shí)間，深入火災(zāi)或化學(xué)物質(zhì)泄漏等人不能親自去的一些災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部，具有強(qiáng)大避障、越障能力，以探測(cè)生源、提供基本生命維持設(shè)備、給受困人員帶去希望與信心為目的的平臺(tái)車模型來(lái)輔助救援。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品采用模塊化設(shè)計(jì)，便于檢測(cè)與維護(hù)。制作有1個(gè)車體主控模塊：是控制核心，由車體內(nèi)部的機(jī)械機(jī)構(gòu)和主控芯片組成，其余所有模塊都以它為基礎(chǔ)裝配，采用紅外遙控控制；4個(gè)獨(dú)立越障驅(qū)動(dòng)模塊：安裝在車體兩側(cè)，可以在直流電機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)二自由度的運(yùn)動(dòng)，即履帶的平動(dòng)和輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣分別實(shí)現(xiàn)四個(gè)履帶輪獨(dú)立自主的360°自由擺動(dòng)，從而協(xié)同工作，越過多種障礙，采用同步帶/齒形帶作為驅(qū)動(dòng)履帶，具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)效率可達(dá)90%以上；1個(gè)機(jī)械臂模塊：串聯(lián)式5自由度（包括末端手爪），采用仿生學(xué)原理，能夠模仿人的手臂關(guān)節(jié)彎曲來(lái)完成5自由度轉(zhuǎn)動(dòng)和抓取物體的功能，用來(lái)遞送基本的生命維持設(shè)備。 具備三個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：1.車身小巧輕盈，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，控制技術(shù)不復(fù)雜，主要偏向于機(jī)械設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新，用簡(jiǎn)單的原理就可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能；2.綜合了輪式和履帶式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，在閉合反饋控制下實(shí)現(xiàn)二自由度的運(yùn)動(dòng)，四履帶協(xié)同越障，極大提高了越障能力。爬陡坡，越寬壕，涉深水，克垂壁，穿沼澤，過田野，在復(fù)雜路面上無(wú)所阻擋；3.作為一個(gè)探測(cè)搭載平臺(tái)，應(yīng)該具備較充足的空間用來(lái)放置相關(guān)拓展設(shè)備。對(duì)車身內(nèi)部進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將重量盡可能安排在車身內(nèi)部而不是四周，不僅方便越障模塊功能的施展，同時(shí)降低整體的重心，使該平臺(tái)車更加穩(wěn)健。除了車身自重以外還可以承載的最大重量為14Kg。 擬實(shí)現(xiàn)有1個(gè)視頻信號(hào)采集傳輸模塊：將視頻信息實(shí)時(shí)傳輸至地面，便于了解災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)情況，遙控救援車；1個(gè)生命探測(cè)模塊：用于對(duì)受困人員的探測(cè)，可穿過墻壁，火焰，煙霧等；一個(gè)溫馨喚醒模塊：用閃爍的燈和音頻發(fā)聲的方式帶來(lái)希望和信心，喚醒幸存者強(qiáng)烈的求生意識(shí)。 小巧輕盈的車體形態(tài)，簡(jiǎn)捷精巧的設(shè)計(jì)宗旨，使得本平臺(tái)車可以很好地適應(yīng)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境而快速移動(dòng)和爭(zhēng)取時(shí)間。真正投產(chǎn)時(shí)，采用當(dāng)今研制成功的耐火隔熱防輻射材料作保護(hù)，本作品具有科研以及工程上的雙重應(yīng)用價(jià)值。
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)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：災(zāi)難時(shí)，救援人員只有約48小時(shí)尋找幸存者。我們旨在火災(zāi)或其它人不能親自去的危險(xiǎn)情況下，讓機(jī)器人來(lái)完成艱巨任務(wù)，越障探生以輔助救援。本作品尤在布局復(fù)雜的現(xiàn)代建筑中可大顯身手。 基本思路：純機(jī)械結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)。制作含有1個(gè)車體主控模塊：內(nèi)含電源、芯片和其余機(jī)構(gòu)，采用紅外遙控；4個(gè)獨(dú)立越障驅(qū)動(dòng)模塊：安裝在車體兩側(cè)，由直流電機(jī)和閉環(huán)控制完成履帶二自由度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和越障功能；1個(gè)機(jī)械臂模塊：串聯(lián)式5自由度，用于遞送基本生命維持設(shè)備。 創(chuàng)新點(diǎn)：1．簡(jiǎn)捷對(duì)稱性：前后、左右在結(jié)構(gòu)上分別對(duì)稱，能以任何姿態(tài)進(jìn)入和在現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)。收回時(shí)主體外觀為方型，降低復(fù)雜性以方便救援。2．協(xié)同越障能力：在直流電機(jī)和齒輪結(jié)構(gòu)的控制下實(shí)現(xiàn)了履帶的二自由度運(yùn)動(dòng)，即平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，使每個(gè)越障模塊可以獨(dú)立擺動(dòng)，從而在一起協(xié)同越障。具備履帶和輪式結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)勢(shì)。3．5自由度串聯(lián)機(jī)械臂：能夠模仿人的手臂關(guān)節(jié)彎曲來(lái)完成功能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二、三自由度機(jī)械臂不能在整個(gè)空間內(nèi)準(zhǔn)確作業(yè)的缺陷。4．高度空間利用率：將重量盡可能安排在車身內(nèi)部而非兩側(cè)，方便越障功能施展，同時(shí)降低整體的重心，使該平臺(tái)車更加穩(wěn)健。 技術(shù)關(guān)鍵：機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、車身內(nèi)部空間的優(yōu)化布置、機(jī)械臂功能的實(shí)現(xiàn)、履帶二自由度的控制。 主要技術(shù)指標(biāo)：重：6Kg;寬：24cm(加履帶39cm),長(zhǎng):50cm(加履帶58cm),高：7.5cm;履帶高：14cm;最大越障高度：23cm;爬坡角度：50°-60°。除去自重最大負(fù)載重量：14Kg。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- ? 行走機(jī)構(gòu)形式的選擇 傳統(tǒng)輪式結(jié)構(gòu)運(yùn)行速度快、機(jī)動(dòng)性好，但抓地力不夠，而且在路面情況復(fù)雜的情況下往往寸步難行；現(xiàn)在常見的履帶結(jié)構(gòu)雖然驅(qū)動(dòng)力大，抓地力較輪式結(jié)構(gòu)有大提高，越野性能較高，但由于受履帶軸心高度的限制，遇到垂壁障礙則束手無(wú)策。 我們采用同步帶作為驅(qū)動(dòng)履帶，具有帶、鏈和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，故帶與帶輪間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)比可達(dá)10，效率可達(dá)90%以上。傳動(dòng)噪音比帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)小，耐磨性好，不需要潤(rùn)滑，壽命比摩擦帶長(zhǎng)。 設(shè)計(jì)的四履帶協(xié)同越障平臺(tái)綜合了輪式和履帶式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。四履帶協(xié)同越障，極大提高了越障能力。爬陡坡，越寬壕，涉深水，克垂壁，穿沼澤，過田野，在復(fù)雜路面上無(wú)所阻擋。 ? 高度空間利用率 作為一個(gè)探測(cè)搭載平臺(tái)，應(yīng)該具備較充足的空間用來(lái)放置相關(guān)拓展設(shè)備。我們對(duì)車身內(nèi)部進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將重量盡可能安排在車身內(nèi)部而不是兩側(cè)。除了車身自重以外還可以承載的最大重量為14Kg。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 模型制作完畢階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 委托中介轉(zhuǎn)讓商談
作品可展示的形式
- 模型 ?現(xiàn)場(chǎng)演示 ?圖片 ?錄像
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)
- ? 適應(yīng)范圍與使用說(shuō)明 應(yīng)用于樓層高、房間多、布局復(fù)雜的都市建筑突發(fā)火災(zāi)搜救作業(yè)中，例寫字樓、摩天大廈等。用其它特殊材料及裝載特定救援設(shè)備，也適于地震等人不能親臨現(xiàn)場(chǎng)的一些危險(xiǎn)情況。時(shí)間緊迫、人命無(wú)價(jià)，工作時(shí)在第一時(shí)間，由消防云梯批量破窗投入，滅火和消防人員的救援同時(shí)展開，提高了救援工作的效率。也可拓展功能或與消防機(jī)器人配合使用。 ? 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 具輪和履帶式行走機(jī)構(gòu)的雙重優(yōu)點(diǎn)，可越過多種障礙。外型小巧輕盈、結(jié)構(gòu)對(duì)稱、整體重心低，有利于在惡劣的災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)自我、快速移動(dòng)以爭(zhēng)取時(shí)間。 ? 推廣前景及市場(chǎng)分析 本模型總價(jià)格約3900元。實(shí)際投產(chǎn)中，真實(shí)比例估計(jì)有1:2的放大。因?yàn)?zāi)難環(huán)境特殊，車體、履帶及其余暴露部分均要用特種材料。特種材料的價(jià)格因?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的保密性或其他原因無(wú)法獲取。工程制作過程（以火場(chǎng)為例）可以參考具有成熟技術(shù)的消防車或機(jī)器人。成本主要取決于特殊材料的價(jià)格。突發(fā)災(zāi)難時(shí)人命無(wú)價(jià)，具體應(yīng)用時(shí)可視情況而定。
同類課題研究水平概述
- 許多國(guó)家都在研制軍用、掃雷、排爆和消防機(jī)器人等危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人。作為危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人的一個(gè)分支，救災(zāi)機(jī)器人在國(guó)外發(fā)展迅速，技術(shù)日益成熟，并進(jìn)入實(shí)用化階段，日本、美國(guó)、英國(guó)等已開始裝備使用。日本大阪大學(xué)研制出蛇形機(jī)器人，能在高低不平的模擬廢墟上前進(jìn)，其頂端帶有一部小型監(jiān)視器,身體部位安裝傳感器，可在地震后的廢墟里尋找幸存者。美國(guó)iRobot公司研制了PackBot系列機(jī)器人，能適應(yīng)崎嶇不平的地形和爬樓梯，主要執(zhí)行偵察、尋找幸存者、勘探化學(xué)品泄漏等任務(wù)。InuKtun公司研制了機(jī)器人MicroVGTV，機(jī)身可變位，采用電纜控制，含有直視的彩色攝像頭，并帶有微型話筒和揚(yáng)聲器，可用于與壓在廢墟中的幸存者通話，適于在小的孔洞和空間中執(zhí)行任務(wù)。除前面的中小型救災(zāi)機(jī)器人，微型救災(zāi)機(jī)器人也正在研究中，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制出世界第一個(gè)蒼蠅機(jī)器人，通過裝在它腦袋上的微型傳感器與微型攝像機(jī)，可以到倒塌的建筑物廢墟底下或其他災(zāi)難場(chǎng)所尋找幸存者。 國(guó)內(nèi)的研究剛剛起步，新興而富有挑戰(zhàn)性。中科院自動(dòng)化所、國(guó)防科技大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、上海三家單位承擔(dān)的863計(jì)劃立項(xiàng)之一都已分別研制成功針對(duì)不同環(huán)境特點(diǎn)、側(cè)重不同功能的救災(zāi)機(jī)器人。 目前,許多研究單位正致力于救災(zāi)機(jī)器人的多方面研究,以期救災(zāi)機(jī)器人的技術(shù)更加完善.今后的發(fā)展趨勢(shì)有以下四個(gè)方面：移動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航與定位、控制方式及組建機(jī)器人救災(zāi)隊(duì)。 在災(zāi)難中，救援人員只有非常短的時(shí)間(約48小時(shí))深入災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險(xiǎn)的環(huán)境下,救災(zāi)機(jī)器人可以為救援人員提供幫助。當(dāng)人口城市化和城市人口密集現(xiàn)象的加劇，使得具有樓層高、房間多、布局復(fù)雜特點(diǎn)的城市建筑環(huán)境中的突發(fā)火災(zāi)搜救作業(yè)十分艱難而危險(xiǎn)，每年都有多名消防戰(zhàn)士犧牲在火場(chǎng)上。 我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)探測(cè)搭載平臺(tái)車功能專一，偏于機(jī)械設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新，因而整個(gè)系統(tǒng)不復(fù)雜、易于實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定性較好，作為一個(gè)搭載平臺(tái)，還可以進(jìn)行其余相關(guān)功能的拓展。該作品打破了傳統(tǒng)消防救援工作的搜尋無(wú)目的性，在第一時(shí)間進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)輔助消防人員搜救，對(duì)于救援工作具有指導(dǎo)意義，力圖能在最短的時(shí)間里救出盡可能多的幸存者。可以視實(shí)際的制作成本，批量生產(chǎn)，組建機(jī)器人搜救隊(duì)與消防車和消防人員聯(lián)合救援。同理在化學(xué)物質(zhì)泄漏等人不能親自去的場(chǎng)合也可以發(fā)揮作用。
