基本信息
- 项目名称：
- 抗震救援机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 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
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。
