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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 多環(huán)境智能探測(cè)機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 通過(guò)分析災(zāi)害發(fā)生后的道路狀況惡劣、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、救援設(shè)備不力等實(shí)際問(wèn)題，根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外災(zāi)后探測(cè)設(shè)備的研究，自主研制了一種多環(huán)境智能探測(cè)機(jī)器人。該機(jī)器人是一種可在災(zāi)害發(fā)生后代替救援人員進(jìn)入救援現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)施搜索和救援廢墟中的被困人員以及探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況的多功能機(jī)器人，它具備越障功能、清障功能、搜索功能、救援功能和應(yīng)急救助功能，具有不依賴(lài)于電力設(shè)施、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 研制背景及意義 1.1 研制背景 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外地震、核泄漏、火災(zāi)等災(zāi)害頻發(fā)。這些災(zāi)害造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。這些災(zāi)害發(fā)生后首要的任務(wù)是現(xiàn)場(chǎng)狀況和被困人員的探測(cè)工作。然而這些探測(cè)行動(dòng)都遇到了同一個(gè)難題，因?yàn)?zāi)害過(guò)后現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜（如：有害物質(zhì)泄露、現(xiàn)場(chǎng)高溫、災(zāi)后空間狹?。?，致使救援人員無(wú)法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)了解情況，救援工作難以展開(kāi)。 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有救援設(shè)備的比較 目前國(guó)內(nèi)外的探測(cè)探測(cè)、救援裝置主要有礦山探測(cè)機(jī)器人、仿生機(jī)器人、星球探測(cè)機(jī)器人、千斤頂、液壓鉗、裝載機(jī)和挖掘機(jī)等[1]。 仿生機(jī)器人：其優(yōu)勢(shì)在于多自由度，運(yùn)動(dòng)靈活。但仿生機(jī)器人不是體積大、價(jià)格昂貴，就是體積小巧、運(yùn)動(dòng)靈活但功能單一，只能用于搜索傷員，、可靠性不高。且目前技術(shù)不是很成熟，在我國(guó)救援探測(cè)中應(yīng)用推廣較為困難。而礦山探測(cè)機(jī)器人、星球探測(cè)機(jī)器人等工作范圍小，功能專(zhuān)一，價(jià)格昂貴，不適合在多種復(fù)雜災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)活動(dòng)。 為了有效回避以上探測(cè)機(jī)器人的缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種能在多種環(huán)境下進(jìn)行智能探測(cè)的機(jī)器人，它具有體積小，運(yùn)動(dòng)靈活，能適應(yīng)多種復(fù)雜情況、能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單救援的優(yōu)點(diǎn)。 該機(jī)器人制作過(guò)程較簡(jiǎn)單，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，造價(jià)低廉。在進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中，行走方便、速度較快，多機(jī)構(gòu)能夠同時(shí)運(yùn)動(dòng)相互配合，從而能達(dá)到有效避障的目的。 同時(shí)，該機(jī)器人能夠搭在多種傳感器和探測(cè)設(shè)備，適用于多種環(huán)境下的探測(cè)活動(dòng)，應(yīng)用范圍廣泛。而且，此機(jī)器人能夠搭載無(wú)線(xiàn)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)救援人員較遠(yuǎn)距離操控，能實(shí)現(xiàn)在人類(lèi)不能靠近的危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)。 千斤頂：我國(guó)災(zāi)害救援中應(yīng)用較廣泛的工具。它的缺點(diǎn)是不能自動(dòng)移動(dòng)，施力方向不可以改變。 液壓鉗：采用剪式支架，配備液壓動(dòng)力裝置，以液壓缸推動(dòng)剪式支架，通過(guò)杠桿用原理，將其推力轉(zhuǎn)化為鉗口上的夾持力，如果鉗口的夾持力超過(guò)被夾混凝土的抗壓強(qiáng)度，混凝土構(gòu)筑物被夾碎解體。液壓鉗的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。但是它的缺點(diǎn)是功能單一，在災(zāi)害救援中只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)短鋼筋的功能。 裝載機(jī)和挖掘機(jī)：它們的優(yōu)勢(shì)是作業(yè)速度很快，但它們本身的體積大，重量大，這使得這些器械很難進(jìn)入受災(zāi)地區(qū)，即使某些地區(qū)的道路條件允許它們進(jìn)入，在救援過(guò)程中也很容易引起二次塌方，這些都限制了它們?cè)诰葹?zāi)救援中的使用。 日本研制成功了一種小型的救援機(jī)器人，但該種機(jī)器人體積太小，僅能用于復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)的人員搜索和現(xiàn)場(chǎng)勘查等工作，而無(wú)法施展救援任務(wù)。 1.3 研究意義 針對(duì)以上情況，本文設(shè)計(jì)了可以進(jìn)入復(fù)雜災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)，采集現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)、反映現(xiàn)場(chǎng)情況輔助救援，幫助救援人員制定解決方案的機(jī)器人。本作品具有體積小、靈活性強(qiáng)、維修簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?？梢杂删仍藛T隨身攜帶進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施探測(cè)。所有設(shè)計(jì)均適用于惡劣條件[2]。 2 設(shè)計(jì)方案 2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1）具備越障功能 為了使所研制的機(jī)器人能夠適應(yīng)災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜路況，需要設(shè)計(jì)一套越障機(jī)構(gòu)，使探測(cè)機(jī)器人可順利的在復(fù)雜的路面上行走，并可越過(guò)一定高度的障礙物，也可越過(guò)一定寬度的溝壑。 2）具有清障功能 為了使機(jī)器人在行走過(guò)程中不受懸掛式障礙物的阻礙，需要設(shè)計(jì)一套清障機(jī)構(gòu)，用于清除懸掛障礙物，如：鋼筋、木頭、水泥板等。 3）具有多角度舉升機(jī)構(gòu) 為了使機(jī)器人可以舉升不同角度的重物，需要設(shè)計(jì)一套穩(wěn)定的多角度舉升機(jī)構(gòu)，使機(jī)器人既可以舉升重物，又不受重物傾角的影響，同時(shí)又不會(huì)對(duì)機(jī)器人本身的機(jī)械裝置造成危害。 4）具有應(yīng)急功能 當(dāng)探測(cè)機(jī)器人無(wú)法對(duì)被困人員實(shí)施有效救援時(shí)，亦可以為被困人員提供一定的醫(yī)療救助，即是通過(guò)所攜帶的醫(yī)務(wù)箱為被困人員提供水、藥等救助，為進(jìn)一步救援爭(zhēng)取時(shí)間。 2.2 設(shè)計(jì)方案 根據(jù)以上設(shè)計(jì)分析，完成了探測(cè)機(jī)器人的整體三維設(shè)計(jì)，如圖1和圖2所示： 圖1 整體設(shè)計(jì)方案 圖2 設(shè)計(jì)方案的多角度視圖 本作品能實(shí)現(xiàn)行走，探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，翻越障礙物，清除阻礙物，越溝，支撐水泥板等功能。行進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)用履帶；翻越障礙物功能采用行星輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成；越溝功能運(yùn)用擺臂完成：支撐水泥板的功能采用液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。附屬功能有：人機(jī)交互功能（在作品上安裝攝像頭，便于人對(duì)本作品的控制）；附帶緊急救援必需品。本作品體積小，長(zhǎng)約500mm，寬約400mm，高約250mm。重量輕，方便攜帶且具有足夠的強(qiáng)度。 3 主要參數(shù)計(jì)算 1）選用雙作用伸縮式液壓缸 液壓缸的基本參數(shù)： 內(nèi)徑： 80 mm 行程： 200 mm 載荷： 1~2 t 2）液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 按載荷選擇工作壓力： 載荷／KN： 10～20 壓力／MPa：8～16 圖3 雙作用伸縮式油缸 按工作壓力選取d／D： 查得d／D=0.55 ∴d1=45mm，D1=40mm，d2=22mm 3）液壓系統(tǒng)及元件公稱(chēng)壓力： 1.5×1000×9.8／（π×20×20）= 11.7MPa 查表得所選公稱(chēng)壓力為16MPa 4）液壓缸工作負(fù)載與液壓缸推力，工作速度的計(jì)算 工作負(fù)載： ≈1.1 =（11~22）KN ——工作負(fù)荷 ——摩擦力 ——慣性阻力 工作速度： 根據(jù)工作要求得所需工作速度為：0.004m/s 5）液壓缸流量 工進(jìn)階段 取 工退階段 取 液壓泵采用手動(dòng)泵。 4 功能原理與結(jié)構(gòu)分析 4.1 功能原理 該種救援機(jī)器人的功能主要分為五點(diǎn)： 1）本作品由人控制進(jìn)入狹小空間，同時(shí)通過(guò)安裝在小車(chē)上的攝像頭來(lái)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，從而確定行進(jìn)路線(xiàn)?？刂品绞椒譃橛芯€(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種，可根據(jù)環(huán)境轉(zhuǎn)換。本機(jī)器人亦可以搭載多種探測(cè)設(shè)備，根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行轉(zhuǎn)換，適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境； 2）當(dāng)遇到阻礙物需要越障時(shí)，則利用前輪的行星輪機(jī)構(gòu)翻越障礙[3]； 3）當(dāng)遇到深溝時(shí)，利用由擺臂等組成的越溝機(jī)構(gòu)越過(guò)深溝； 4）當(dāng)遇到的障礙物需要清障時(shí)，運(yùn)用清障機(jī)構(gòu)將障礙物清除。清障機(jī)構(gòu)共有兩套，分別用于清除木質(zhì)和金屬障礙物。如所遇障礙物為桿狀，也可采用液壓剪將其清除； 5）小車(chē)到達(dá)作業(yè)位置后，液壓缸活塞桿伸出，當(dāng)活塞桿接觸水泥板開(kāi)始受力時(shí)，升降機(jī)構(gòu)中的彈簧被壓縮，使得液壓缸降落到地面，受力物體由車(chē)體變?yōu)榈孛??；钊麠U繼續(xù)伸出直至被困人員能逃脫。 圖4 作品實(shí)物圖 4.2 機(jī)構(gòu)分析 1）行進(jìn)機(jī)構(gòu) 組成：行進(jìn)機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)組（每組由一個(gè)24V直流大功率電機(jī)和配套減速器組成，輸出轉(zhuǎn)數(shù)為12轉(zhuǎn)/分鐘），行星架和履帶組成。 驅(qū)動(dòng)：小車(chē)的行走由4組電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)4組車(chē)輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。分別驅(qū)動(dòng)的好處是適應(yīng)了復(fù)雜環(huán)境下地面不平整的情況，救援人員可以根據(jù)地面情況單獨(dú)控制每一個(gè)電機(jī)，很方便的調(diào)節(jié)機(jī)器人的位置和方向。 圖5 前輪 圖6 后輪 履帶：當(dāng)電機(jī)組的動(dòng)力傳到主動(dòng)輪上時(shí)，主動(dòng)輪撥動(dòng)履帶，于是接地履帶和地面之間生產(chǎn)了相互作用力。根據(jù)力的作用與反作用原理，履帶沿水平方向給地面一個(gè)作用力，而地面給履帶一個(gè)反作用力，這個(gè)反作用力使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。這里用的履帶是使用傳動(dòng)鏈和橡膠塊制作的專(zhuān)用履帶，更適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。 圖7 前輪工作原理圖 前輪：內(nèi)部采用了行星輪結(jié)構(gòu)，中間的小齒輪和電機(jī)組連接作為主動(dòng)輪，通過(guò)外面兩層的齒輪最終把運(yùn)動(dòng)傳遞給鏈輪，由鏈輪帶動(dòng)最外層的輪帶（如圖5）。與傳統(tǒng)的履帶機(jī)構(gòu)相比這種機(jī)構(gòu)為機(jī)器人帶來(lái)了三種運(yùn)動(dòng)方式： ①三角形的一邊接觸地面，通過(guò)履帶的運(yùn)動(dòng)前進(jìn)。可以在平坦或障礙物較低的路況上使用。 ②當(dāng)前方的障礙物阻礙了履帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)前輪機(jī)構(gòu)整體做翻越動(dòng)作，跨過(guò)障礙物。 ③在前輪翻越的基礎(chǔ)上由后輪提供推力使機(jī)器人還可以整體向上攀爬一定距離。 后輪：采用傳統(tǒng)的履帶結(jié)構(gòu)，給機(jī)器人提供更大的驅(qū)動(dòng)力。小鏈輪作為主動(dòng)輪，兩個(gè)大鏈輪起從動(dòng)，負(fù)重和支撐作用（如圖6）。 2）越溝機(jī)構(gòu) 圖8越溝機(jī)構(gòu) 基于小車(chē)行星輪難以越過(guò)溝壑的情況，本作品設(shè)計(jì)了越溝機(jī)構(gòu)。 主要部件：鏈輪，鏈條，擺臂，輪 工作原理：電機(jī)將動(dòng)力傳遞給鏈輪，鏈輪通過(guò)鏈將動(dòng)力傳遞到帶有鏈輪的軸上，再通過(guò)兩條鏈將動(dòng)力分別傳遞到前后兩軸上。前軸帶動(dòng)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)，后軸通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)使齒條伸出。擺臂和伸出的齒條支撐在溝的兩側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)越溝的功能。 作用：通過(guò)擺臂和伸出齒條增加整體的長(zhǎng)度，使其順利越溝。當(dāng)遇到深溝時(shí)啟動(dòng)電機(jī)，擺臂擺動(dòng)越到溝對(duì)面，齒條伸出。前輪越溝時(shí)，擺臂起支撐作用，后輪越溝時(shí)，齒條起支撐作用。 3）清障機(jī)構(gòu) 圖9鋸式除障機(jī)構(gòu) 鋸式清障機(jī)構(gòu)： 主要部件：電機(jī)組（4個(gè)24V直流電機(jī)），齒輪，絲桿，方桿和鋸片。 動(dòng)作過(guò)程：一電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)和螺紋傳動(dòng)使整個(gè)清障機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)；一電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)和螺紋傳動(dòng)使絲桿前后移動(dòng)，而絲桿帶動(dòng)方桿移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)鋸的前后移動(dòng)；一電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)使方桿轉(zhuǎn)動(dòng)而使鋸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一電機(jī)控制鋸片的轉(zhuǎn)動(dòng)。 液壓剪機(jī)構(gòu)： 由成品的液壓剪改造而成，用于剪斷鋼筋等金屬物。 作用：清除障礙物，保證機(jī)器人的行進(jìn)。 4）舉升機(jī)構(gòu) 主要結(jié)構(gòu)：二級(jí)油缸，電機(jī)組，支撐機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)，液壓剪 電機(jī)組：由一個(gè)24V直流大功率電機(jī)和配套的減速器構(gòu)成，最終輸出轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)／分鐘。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制絲杠上滑塊的位置。 圖10 舉升機(jī)構(gòu) 采用絲杠的好處：當(dāng)絲杠為主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊因內(nèi)有螺紋就會(huì)隨絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)角度按照對(duì)應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并具有傳動(dòng)效率高，定位準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)自鎖的效果。 圖11 四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)計(jì)算圖 圖12 四桿機(jī)構(gòu) 支撐機(jī)構(gòu)：支桿，油缸，滑塊和底座四部分構(gòu)成了一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)滑塊的位置來(lái)控制油缸的角度。如圖11：AB為滑塊高度，BD為絲杠，滑塊沿絲杠移動(dòng)的軌跡為BB’。CD為支桿，AC為油缸的一部分。AB＝50mm，AC＝36mm，CD＝100mm，BD＝110mm，BB’＝59mm。當(dāng)滑塊由Ｂ位置移動(dòng)到Ｂ’位置時(shí)，油缸緩慢抬起可以到達(dá)豎直位置。 液壓缸活塞桿伸出作業(yè)時(shí)，較大作用力會(huì)作用于車(chē)體，為避免較大作用力直接作用于車(chē)體而造成的傷害，本作品設(shè)計(jì)了彈簧升降裝置。 彈簧升降裝置：六根定位柱很好的固定了底座和機(jī)器人底板的水平相對(duì)位置，套在定位柱上的彈簧支撐起整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)，當(dāng)油缸作時(shí)，彈簧受力壓縮使底座接觸到地面。這樣使得車(chē)體只分擔(dān)一小部分力，大部份力作用于地面，避免了巨大作用力對(duì)車(chē)體的損壞。底座上安裝有五個(gè)突出點(diǎn)，便于底座抓地。 圖13 彈簧升降裝置 液壓缸：采用液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力輸出裝置。因?yàn)樗捎玫V物油作為工作介質(zhì)，該介質(zhì)有良好的潤(rùn)滑和防銹性，有利于提高液壓元件的使用壽命。由于液壓流量易于連續(xù)調(diào)節(jié)，所以液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速方便。占用較小的體積但是能夠輸出很大的舉升力，適用于各種救援現(xiàn)場(chǎng)。表1和表2為液壓缸主要參數(shù)和工作所需流量。液壓缸主要參數(shù): 表1 液壓缸主要參數(shù) 類(lèi)型 內(nèi)徑（mm） 行程（mm） 載荷（T） 工作速度（m/s） 雙作用伸縮式 80 200 1~2 0.004 表2 液壓缸流量 單位：ml/s 工進(jìn)階段 工退階段 大直徑缸筒外伸 小直徑缸筒外伸 大直徑缸筒縮回 小直徑缸筒縮回 20.10 10.05 13.75 3.50 表3 液壓剪技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 噸位（T） 剪切范圍（mm） 整機(jī)重量（kg） HHG-16F 8 4-16 1.8 5）附屬機(jī)構(gòu)及其功能 遠(yuǎn)程監(jiān)控：機(jī)器人上還安裝有攝像裝置，照明裝置和對(duì)講裝置[4]。使救援人員更清楚的了解救援現(xiàn)場(chǎng)的情況（包括行進(jìn)路徑和傷者的狀態(tài)）。 醫(yī)療救助：機(jī)器人攜帶一個(gè)醫(yī)療箱，其中有營(yíng)養(yǎng)液和必要的自救藥物供傷者使用，提高傷者的生命力，為進(jìn)一步的救援贏取時(shí)間。 無(wú)線(xiàn)探測(cè)：為避免能源消耗，除了現(xiàn)有的有線(xiàn)控制進(jìn)入救援現(xiàn)場(chǎng)方式外，配置無(wú)線(xiàn)控制進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搜索，作品無(wú)線(xiàn)控制模式下的實(shí)物整體圖見(jiàn)圖14。 圖14無(wú)線(xiàn)模式實(shí)物整體圖 5 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用 5.1 創(chuàng)新點(diǎn) 創(chuàng)新點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)： 1）采用行星輪與履帶結(jié)合的行走機(jī)構(gòu)：行星輪可使小車(chē)翻越一定高度的障礙物，履帶可以使小車(chē)更平穩(wěn)的前進(jìn)，兩者的結(jié)合可以使小車(chē)適應(yīng)更多變的環(huán)境。 2）彈簧升降裝置：在實(shí)施救援時(shí)，利用彈簧將小車(chē)作業(yè)的部分降到地面，使地面成為受力點(diǎn)，可以使液壓缸施力更穩(wěn)，同時(shí)減輕了車(chē)體的負(fù)擔(dān)。 3）越溝機(jī)構(gòu)：越溝機(jī)構(gòu)中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)齒輪及鏈條使齒條伸出，擺臂擺動(dòng)。當(dāng)遇到溝時(shí)，使得齒條與擺臂支撐在溝的兩邊，從而幫助小車(chē)越溝。 5.2 應(yīng)用場(chǎng)合及前景 本作品通過(guò)人機(jī)交互功能來(lái)確定行進(jìn)路線(xiàn)，可以自行清理行進(jìn)過(guò)程中遇到的障礙，最終達(dá)到探測(cè)、救援現(xiàn)場(chǎng)情況和被困人員的目的，大大縮短探測(cè)、救援時(shí)間。本作品具有重量輕，體積小的特點(diǎn)，便于攜帶；可實(shí)現(xiàn)行走，越障，除障，越溝等功能；不需要采用交流電，能適應(yīng)各種復(fù)雜狀況。綜上所述，本作品可以應(yīng)用于火災(zāi)、核泄漏以及地震災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)及救援，可以作為各種救援隊(duì)的必備品加以推廣。本作品可大型化，進(jìn)一步加大了本作品的應(yīng)用范圍。由于它具有的各種優(yōu)點(diǎn)它必定能夠成為探測(cè)、救援領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種新型的探測(cè)機(jī)械人。
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作品專(zhuān)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)
- 該機(jī)器人的設(shè)計(jì)圍繞能在多種復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)救援活動(dòng)，配合救援人員在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜無(wú)法進(jìn)入時(shí)展開(kāi)探測(cè)工作，提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，方便救援人員制定方案。 該機(jī)器人依照體積小、運(yùn)動(dòng)靈活、制造維修簡(jiǎn)單能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)救援的基本思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用多種機(jī)構(gòu)相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人快速移動(dòng)、越障、越溝，從而其能在多種復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行工作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 我們?cè)O(shè)計(jì)了可以進(jìn)入復(fù)雜災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)，采集現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)、反映現(xiàn)場(chǎng)情況，幫助救援人員制定解決方案的機(jī)器人。本作品具有體積小、靈活性強(qiáng)、維修簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?？梢杂删仍藛T隨身攜帶進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施探測(cè)、救援。所有設(shè)計(jì)均適用于惡劣條件。 本作品的突出之處在于利用彈簧升降裝置：在實(shí)施救援時(shí)，利用彈簧將小車(chē)作業(yè)的部分降到地面，使地面成為受力點(diǎn)，可以使液壓缸施力更穩(wěn)，同時(shí)減輕了車(chē)體的負(fù)擔(dān)。，使機(jī)器人能翻過(guò)更高更陡的障礙物。本作品通過(guò)人機(jī)交互功能來(lái)確定行進(jìn)路線(xiàn)，可以自行清理行進(jìn)過(guò)程中遇到的障礙，最終達(dá)到探測(cè)、救援現(xiàn)場(chǎng)情況和被困人員的目的，大大縮短探測(cè)、救援時(shí)間。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 、現(xiàn)場(chǎng)演示、錄像、樣品
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)器人不僅體積小、運(yùn)動(dòng)靈活，而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其優(yōu)勢(shì)在于各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)不僅能單獨(dú)使用，還能相互配合，故此機(jī)器人具有很高的自由度，能夠更順暢的進(jìn)行探測(cè)。其成本低廉易于推廣。 此外，此機(jī)器人具有一定救援功能，能夠現(xiàn)場(chǎng)解救被困人員。由于這種無(wú)可替代的作用，市場(chǎng)對(duì)其需求專(zhuān)一，由于搭載探測(cè)器可以根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)情況更換，故需求量大。可配備于消防單位、核電站、災(zāi)后救援隊(duì)等。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外有的探測(cè)機(jī)械有礦山探測(cè)機(jī)器人、仿生機(jī)器人等。 仿生機(jī)器人：其優(yōu)勢(shì)在于多自由度，運(yùn)動(dòng)靈活。但仿生機(jī)器人不是體積大、價(jià)格昂貴，就是體積小巧、運(yùn)動(dòng)靈活但功能單一，只能用于搜索傷員，、可靠性不高。且目前技術(shù)不是很成熟，在我國(guó)救援探測(cè)中應(yīng)用推廣較為困難。而礦山探測(cè)機(jī)器人、星球探測(cè)機(jī)器人等工作范圍小，功能專(zhuān)一，價(jià)格昂貴，不適合在多種復(fù)雜災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)活動(dòng)。 日本橫濱警察署研發(fā)設(shè)計(jì)“爬行者”(Crawler)機(jī)器人，它的內(nèi)部是舒適的空間，承載極限是250磅，可作為“艙體”將人們安置轉(zhuǎn)移。雖然但該機(jī)器人的能將被困人員運(yùn)出危險(xiǎn)區(qū)域并保證過(guò)程安全，相當(dāng)于一架“電子擔(dān)架”，但它的搜救功能有限，體積龐大，且僅配備一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)紅外攝像機(jī)。 英國(guó)華威大學(xué)的學(xué)生們制造出一款使用Kinect作為主傳感器的地震搜救機(jī)器人，代替了激光雷達(dá)這種昂貴而低效的二維傳感裝置。Kinect搜救機(jī)器人的區(qū)域搜索裝置可以傳輸三維地圖，這對(duì)于救援隊(duì)救助遇難者而言，有著無(wú)比的價(jià)值，但該機(jī)器人僅能用于生成地圖，不能搭載多種探測(cè)設(shè)備，應(yīng)用范圍較窄，無(wú)法實(shí)施救援。 加州大學(xué)伯克利分校毫系統(tǒng)仿生實(shí)驗(yàn)室一名教授研制的Dash，其設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于最常見(jiàn)的的蟑螂，是用廢棄手機(jī)等電器的零件加上紙板做成的。每只的造價(jià)不超過(guò)1美元。但其僅配備了手機(jī)的低分辨率攝像頭和無(wú)線(xiàn)芯片等基礎(chǔ)裝備，而且用紙板做成的軀干對(duì)損傷幾乎免疫。 為了有效回避以上探測(cè)機(jī)器人的缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種能在多種環(huán)境下進(jìn)行智能探測(cè)、救援的機(jī)器人，它具有體積小，運(yùn)動(dòng)靈活，能適應(yīng)多種復(fù)雜情況的優(yōu)點(diǎn)。 該機(jī)器人制作過(guò)程較簡(jiǎn)單，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，造價(jià)低廉。在進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中，行走方便、速度較快，多機(jī)構(gòu)能夠同時(shí)運(yùn)動(dòng)相互配合，從而能達(dá)到有效避障的目的。 同時(shí)，該機(jī)器人能夠搭在多種傳感器和探測(cè)設(shè)備，適用于多種環(huán)境下的探測(cè)、救援活動(dòng)，應(yīng)用范圍廣泛。而且，此機(jī)器人能夠搭載無(wú)線(xiàn)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)救援人員較遠(yuǎn)距離操控，能實(shí)現(xiàn)在人類(lèi)不能靠近的危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)、救援。
