主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
抗震救援机器人
小类:
机械与控制
简介:
抗震救援机器人是针对地震发生时的特殊工作环境设计的一种装备。它采用履带行走,具有双臂结构,集剪、抓、扒等功能于一体,效率高、重量轻。可以采用空投等方式快速投入灾区,充分利用黄金救援时间,挽救废墟中幸存者的宝贵生命。该机器能够在废墟上行走,并可在复杂、恶劣的震后现场连续作业,可根据具体的环境情况施展相应的救援手段,操作方便,确保了救援人员的生命安全。其双臂结构,既可以单臂独立工作,又可以双臂配合工作,利用机器人运动学方程的正、逆解,结合控制算法巧妙地解决了双臂干涉问题。
详细介绍:
地震是经常发生的灾难,震后救援工作时间紧迫,劳动强度大,工作环境恶劣,危险性高。一般灾区道路损毁严重,大型工程机械无法迅速到达,延误了宝贵的救援时间。地震废墟现场有大量的预制板、砖块等堆积物,幸存者所在的生存空间相对脆弱,处理不慎就会适得其反。为了将幸存者安全迅速的救出,在处理生存空间的同时要避免由于破坏了生存空间结构的稳定性,而引发的二次倒塌,需要针对不同的情况采用不同的施救方案。本作品充分考虑以上情况,其特点为:体积小、重量轻,可采用空投的方式运往现场;救援时重点建立生存空间与安全区的通道,可在废墟上甚至进入倒塌建筑内部开展工作,救援方式灵活,针对性强,抓臂可对障碍物通过抓、扒进行清除,如遇到钢筋等物牵连时,可剪断;如遇大块预制板等超出其抓取能力的重物,可先行剪、咬处理,实现分块;双臂可各自独立工作,也可配合工作,由系统控制可避免相互干涉;在车体上安装图像采集装置,便于人员现场掌握,安全操作。

作品图片

  • 抗震救援机器人
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

目的: 我国是地震多发的国家之一。现有对救援装备尤其是废墟现场营救装备的研究存在严重的滞后,多采用工程机械营救,存在许多局限性,如运输不便,功能单一等。我们针对上述情况设计的作品,具有高效率、多功能的特点,可适应复杂震后环境的营救工作。 基本思路: 1、快速投放,要求作品为小型化机器人; 2、适应性强,本机器人采用双履带可适应不同地形,能够爬坡,可到达幸存者可能存在的地方; 3、多功能,从收集的一千张图片和数十段视频中,分析得出,现场救援最需要的功能为剪、抓、扒,采用双臂结构提高救援效率; 4、安全性高,可保障救援者和幸存者的安全。 创新点: 1、采用双履带,爬升能力强,可较好地适应废墟现场; 2、双臂仿生设计,可配合或独立工作,具有剪、抓、扒多功能; 3、剪具有咬裂、咬碎、剪断功能且有导向结构,剪口分区设计; 4、抓头仿鹰爪设计,通过气动控制,实现抓、扒功能快速转换。技术关键: 双臂配合的干涉问题,两臂的各关节装角度传感器,通过机器人运动学正、逆矩阵的计算,由系统自动判断,避免干涉;还可从视频中观察配合情况;机器有12个自由度,可采用远或近距离控制操作。主要技术指标: 1、抓取物重 2kg,剪切力 60N; 2、剪臂、抓臂的最大伸长量 74cm、62cm,整个机器人重 25kg; 3、机身转角(-180°~180°)、爬坡角度(-10°~45°); 4、救援效率是人工10倍左右。

科学性、先进性

1、由于设计为小型化机器人,可迅速运输到地震现场,充分利用黄金救援时间,实现快速、高效救援; 2、采用双履带行走方式,可适应复杂地形,具有爬坡能力,甚至可进入尚未完全倒塌的危楼实行营救工作; 3、集成剪、抓、扒等多种救援功能,满足复杂地震现场救援的需要,可处理救援过程中的大多数情况; 4、查阅相关资料,尚未发现同类型的地震救援装备; 5、本机器人也可用于反恐、处理核物质等危险场合。 类似挖掘机等大型工程机械的工作方式大多为整体搬除,不可在靠近幸存者的废墟上行走工作和有效的处理生存空间,真正要将幸存者救出,还需要人工搬除大量的障碍物。 参考文献: [1] 熊有伦 吴振彪等.工业机器人[M],武汉:华中科技大学出版社,2007,8 [2] 陈晓东主编.警用机器人,北京:科学出版社[M],2008.5 [3] 宋彩利主编.单片机原理与C51编程[M] ,西安:西安交通大学出版社,2008.6.

获奖情况及鉴定结果

2009-06-07在省第三届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获一等奖。

作品所处阶段

模型制作阶段。

技术转让方式

作品可展示的形式

实物模型现场演示。

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

该机器人的双臂仿生设计,可配合也可独立工作;用自动控制,避免自身干涉;双臂收缩后体积较小,便于及时运输到地震现场;伸展后工作范围大,实行高效救援;集成剪、抓、扒多功能于一体,且多个功能之间可配合工作;车体较小,提供力大;爬坡角度大,可在崎岖路面上工作;控制简单方便,安全性高。 该机器人除用于抗震救援外,也可用于反恐;同时因采用了模块设计,可进入室内,拆除建筑物并且两臂可根据需要加装其它类型的拆装工具;也可用于一些工业及特殊作业场合,(如对金属废弃物、核废弃物的处理等)。 市场分析和经济效益预测: 目前,国外仅日本一家公司研制出用于雪灾救援的类似机器,国内尚未见诸报道。高效率、多功能的抗震救援机器人应具有广阔的应用前景。 该机器包括动力系统、液压系统、控制系统、车身等部分组成,如制做成实物机器,小批量生产,成本约为33万圆人民币,如果大指量生产,成本约25万圆左右,销售价可望在28万圆~35万圆之间。一台该机器的救生效率是人的十倍以上,其抢救生命的社会价值无法估量。

同类课题研究水平概述

地震是一种不可避免的自然灾害,其特点是时间短、破坏性强,常给人类造成巨大的损失。 抗震救援机器人是一种双臂、多功能、集成式、小型化机器人,在发现幸存者后实施营救行动,高效的将人救出。 目前市场上还没有此类产品,用于营救现场的只是功能单一的工程机械或简陋的工具,其中最实用、最快捷的工具要数液压钳、小气垫等,但其救援效率也相对较低,不能充分利用黄金救援时间。 现有对地震救援现场机器人研究最多的是:搜救类机器人,大多是研究利用机器来发现幸存者。如蛇形机器人、“蛇眼”搜索仪器等。目前,国内外对直接实施营救动作的机器人的研究很少,此方面研究严重滞后。
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