基本信息
- 项目名称：
- 便携式生命探测柔性索
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目研制一种用于地震后辅助救援人员进行生命搜寻的作业装置，该装置本体由多个柔性单元联接而成，采用手工作业方式可深入倒塌建筑废墟所形成的狭小缝隙中曲折前行，对“生存空间”进行搜索和探测，并为破障救援提供幸存者的定位及环境信息。该装置具有整体结构紧凑、制作成本低、体积小、质量轻、便于携带、易于操作的特点，可在灾害发生后的有效救援时间内快速大面积投入使用。
- 详细介绍：
- 便携式生命探测柔性索是一种可广泛应用于地震、矿难、火灾等灾后生命搜索救援的装置。该装置由两节方向控制单元、柔性伸缩单元、快插拓展单元、施力单元和方向控制平台五部分组成，在控制平台上还装有CCD显示器、蓄电池组、给养泵、方向控制手柄、双向预紧轮和闸线固定盘等装置。 该装置采用人工作业方式，由两名施救人员配合使用，一名施救人员为其提供前进推动力，另一名施救人员通过安装在便携式生命探测柔性索前端的摄像头所反馈的废墟环境信息控制柔性索前进方向，使之沿倒塌建筑物所形成的狭小缝隙曲折前行。当探测到生命信息时，该装置可为后续救援方案的实施提供详细的废墟环境信息，同时该装置还具有食品、药品补给功能，给幸存者无论是从体质上还是从心理上都建立生存信心，为破障救援赢得宝贵时间。 便携式生命探柔性索采用快插拓展技术与柔性伸缩原理实现了搜救作业的在线拓展，延伸了搜寻距离，增强了对废墟复杂环境的适应性。具有环境信息搜集、给养供给功能，为破障救援提供信息，为营救赢得时间。本装置具有整体结构紧凑，制造成本低，体积小，重量轻，便于携带，操作简单、易学易用，无需专业培训即可使用等特点，易于产品化批量生产与推广应用，可在灾后的有效的救援时间内快速大面积投入使用。其中我们设计的机械臂的方向控制机构已经申请了国家发明专利。
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
- 设计背景及基本思路： 全世界每年都遭受着地震灾害的破坏，巨大的灾害会造成大面积的建筑物坍塌和人员伤亡。而本项目预研制一种用于震后生命搜寻的小型化作业装置，该装置本体由多个柔性单元联接而成，采用手工作业方式，可深入倒塌建筑废墟所形成的狭小缝隙中曲折前行，搜索和探测幸存者。该装置作为人工搜寻的辅助工具，能够快速准确地提供幸存者的定位信息、生命体征、及其被困区域的环境信息，为制定营救方案提供信息，同时也可为幸存者提供一定的营养供给，维持其生命体征，为破障救援赢得宝贵时间。 技术难点和关键技术：1）以提高生命探测柔性索对废墟环境的适应性为目标，深入研究方向控制原理的力学模型，优化各单元的整体结构及参数，获得柔性索最佳结构参数；2）以延长柔性索的探测距离为目标，对柔性索的的快插拓展单元、柔性伸缩单元及其相应的接口进行设计及优化。 主要创新点：1）柔性索采用手工作业方式，可深入狭小缝隙曲折前行，操作灵活可靠，易学易用，便于大面积推广使用；2）柔性索采用快插拓展技术与柔性伸缩原理实现了搜救作业的在线拓展，延伸了搜寻距离，增强了对废墟复杂环境的适应性；3）柔性索具有环境信息搜集、营养供给功能，为破障救援提供信息，为营救赢得时间。 性能指标 1）柔性索整体重量：≤5Kg；2）柔性臂基本型长度：4m，可拓展长度：≥12m；3）有效探测距离：≥10m；4）可通过缝隙孔径：≤40mm；5）最小弯曲曲率半径：≤150mm。
科学性、先进性
- 本项目研制的便携式生命探测柔性索将在一定程度上改变目前灾后人工搜救缺少必要的搜寻工具的局面，与现有搜救技术相比较，具有以下突出优势： 1）在线拓展、适应性强：本装置在实施搜救作业时，可依据废墟需探测距离的需要，可将快插拓展单元串接到柔性索本体上，实现在线续航；柔性伸缩单元由多级柔性套管组成，可通过一根控制线控制内部套管同步伸出，从而有效的解决了摩擦死角的问题，提高了整机对复杂环境的适应性； 2）便于携带、操作简单：柔性索采用手工施力伸入废墟缝隙，通过视频探测控制柔性索的行进方向，避免了搜救机器人与生命探测仪器工作时所需携带大量电池供电或采用拖缆供电的动力保障问题。具有体积小、重量轻、便于携带、操作简单、易学易用的特点。 3）信息搜寻、营养供给：柔性索前端所携带的摄像头反馈的视频信息，不仅为柔性索的前行探明方向，同时也能够快速提供幸存者生理信息及被困者的环境信息；通过柔性索内置的给养管路，可为幸存者提供氧气、流食、药品等必需品，增强了被困人员的生存能力及信心，为营救赢得宝贵时间。
获奖情况及鉴定结果
- 1）2009年国家大学生创新性实验计划入围国家级项目； 2）2011年“挑战杯”吉林省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
作品所处阶段
- 处于试验阶段，经产品化改进后即可投入生产。
技术转让方式
- 1）一次性技术转让；2）技术入股。
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■图纸 ■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
- 本项目成果将改变目前震后人工搜救缺少必要的搜寻工具的局面，目前具有本项目技术特征的搜寻定位装置还未见诸报道。本装置工作时采用手动施加推力、人工控制钢丝绳进行方向选择的作业方式，只需携带较小体积的蓄电池即可维持长时间（约20h）工作，与采用拖缆作业或携带大量电源电池供电的搜救机器人相比，本装置所采用的作业方式对震后灾害现场具有更广泛的适应能力，机动性更强，操作控制更加灵活；本装置与目前灾害现场普遍使用的专业生命探测仪器相比：具有操作简单、易学易用，无需专业培训即可使用，更易大面积推广使用；本装置具有整体结构紧凑，制造成本低（批量生产成本约3000元/套），体积小，重量轻，便于携带的特点，易于产品化批量生产与推广应用，可在灾后的有效的救援时间内快速大面积投入使用。本项目所研制的作业装置，不仅可作震后生命搜寻探测的作业装置，也可满足火灾、海啸及爆炸所致的建筑物倒塌后对生命进行搜寻的作业需求，具有广阔的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 地震灾害紧急搜索救援是一项重大的系统工程，国内外围绕搜救定位装置开展了广泛的研究，目前灾害搜救技术可分为人工搜寻、生物搜寻、仪器搜寻和机器人搜寻4大类。1）人工搜寻：人工搜寻的成本在所有方法中最为低廉，但由于缺少理想的搜寻辅助工具，其精确性较差、效率较低。2）生物搜寻：利用搜救犬可在短时间内进行大范围搜索，可进入其他设备或人员不能进入的地方，搜索犬灵敏的嗅觉可以发现废墟下的幸存者。但搜救犬每次只有20-30分钟的有效工作时间，对于同一区域，需要两只搜救犬来确认检查，定位精度易受训导员和搜索犬能力的影响。3）仪器搜寻：利用科学仪器搜寻为搜寻工作增加了一维坐标，延伸了搜寻范围。较为成熟的此类产品有：美国研制的SearchCam搜寻相机，英国研制的蛇SnakeEye搜寻相机等，可对较大范围、开阔和黑暗地区进行搜索，但也存在以下不足：不能区分热源的中间色调，可能会造成混乱、误报等问题。光学观察设备如管道镜、光纤镜等较之其他设备具有更加特殊的搜索能力。这种设备需与混凝土钻孔设备配合使用，该方法由于预先确定钻孔位置，往往是在其他设备和方法的初步定位的前提下，精确定位时使用，又受空隙尺寸、电缆长度、光照强度的限制，具有一定的技术局限性。4）机器人搜寻：智能化搜救机器人是目前灾害搜救领域的研究热点，国外比较有代表性的研究有：日本东京工业大学的广獭教授研究的水陆两用型蛇形救援机器人，美国机器人辅助搜救中心设计的一种模块化可重构的机器人PolyBot，德国GMD国家实验室的基于模块式结构和CAN总线的蛇形机器人。国内比较有代表性的研究有：中国科学院沈阳自动化研究所与中国国防科技大学研制的蛇形机器人。这些救援机器人受到当前通讯、能源供给、智能控制等技术的限制，多数还处在研究阶段，距离实际应用还有一段距离。同时通过查阅文献了解到，国外有关于手控式蛇形机器人的相关研究，但由于其在路径规划和控制方式上有较大的局限性和不成熟性，难以得到推广。 而本项目旨在开发一种人工搜寻的辅助工具，该装置在人工驱动下，可深入倒塌建筑废墟所形成的狭小缝隙中曲折前行探测和搜索幸存者，并能够快速准确地提供幸存者的定位信息、生命体征及环境信息，具有便于携带、操作简单，易学易用，经济可靠的特点，可在灾后的72小时内辅助搜救人员进行大范围搜救，目前具有以上特征的搜救装置还未见诸报道。
