机械电子工程专业毕业论文

题目：救援机械人的应用

学院：＿机械工程学院＿

专业：＿机械电子工程＿

班级：＿机电073＿＿＿

学号： 1＿

学生姓名：＿＿

指导教师：＿

2010 年12 月25 日

目录

第一部分：研究意义与必要性……………………3-5

一、研究意义

二、必要性

第二部分：国内外研究现状及分析………………5-6

一、国外现状研究

二、国内现状研究

第三部分：关键技术详细内容……………………6-16

一、机构

二、检测

三、控制

参考文献 (17)

第一部分：研究意义与必要性

一、研究意义

1、灾难概括

在世界各地，由于自然灾害、恐怖活动和各种突发事故等原因，灾难经常发生。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间(约48小时)用于在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则发现幸存者的几率几乎为零。在这种紧急而危险的环境下，救灾机器人可以为救援人员提供帮助。地震和矿难是自然界最可怕的现象。有历史记载以来，地震和矿难已经导致无法估计的财产损失，并且夺去了千百万人的生命。仅上一世纪，所发生的地震和矿难就超过了200多万次。常常并不是地震和矿难本身夺去人的生命，而是地震和矿难发生时造成建筑的损坏以及塌方、雪崩、海啸等造成人员伤亡。其中地震过程中房屋倒塌人员被困的情况更是很常见。因此，将具有自主智能的救灾机器人用于危险和复杂的灾难环境下“搜索和营救” 幸存者，是机器人学中的一个新兴而富有挑战性的领域。

2、传统的救援

传统的救援方式用人工挖掘和利用大型设备，比如：起重机、挖掘机等进行挖掘。

人工挖掘显然工作效率较低，对于那些流血较为严重的被困人员时间就是生命，而且由于受损房屋的不稳定因素也会对被救人员的安全产生威胁。大型的机械设备在灾难发生后地形复杂而很难进入，而且大型设备挖掘过程中不稳定因素较高，从而可能产生被困人员的第二次伤害。

3、救援机器人意义

救援机械人可以克服传统救援的工作效率较低、大型设备救援的不稳定性，救援灵活快捷、携带方便、对环境适应能力强等特点，在救援工作中有重要意义。

二、必要性

救灾机器人利用自身的优点，能迅速找到灾难遇险人员的位置，降低事故危害性，对提高救灾效率具有重大作用，必要性具体表现为:

1、救援机器人具有灵活性好、机动性强的特点，有较好的爬坡和越障能力，能适应现场各种各样的地理环境。比如，蛇形救灾机器人能适应任何的复杂环境，在灾区能自由运动。

2、救援机器人的探测技术发展迅速，能迅速找到遇险人员的位置。救援机器人利用传感器通过探测遇险人员的呻吟声、体温的变化及心脏跳动的频率的信息能找到他们的位置。其次，机器人的视频探测器(CCD摄像头)具有信息直观、能实现计算机辅助控制等特点，可以将现场环境的图像返回到救灾中心，为进一步控制机器人的运动方向，制定下一步救灾的方案提供决策依据。最后，机器人还能进入受灾区域，监测事故现场(如温度、瓦斯以及有害气体的浓度)的变化，防止事故的二次发生。

3、救援机器人具有为被困人员投放小包食品、药物和通讯装置等辅助功能，能有效地减少遇险人员的伤亡人数。

因此世界上许多国家都在研制军用机器人、扫雷机器人、排爆机器人和消防机器人等危险作业机器人。救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人

的特点，救援机器人的发展必要性是显而易见的。

第二部分：国内外研究现状及分析

一、国外的研究现状

在国外，救灾机器人发展迅速、技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、英国等已开始装备使用。在灾难现场中，救灾机器人应能迅速找到幸存者的位置。日本大阪大学研制出蛇形机器人，能在高低不平的模拟废墟上前进，其顶端带有一部小型监视器，身体部位安装传感器，可以在地震后的废墟里寻找幸存者。美国iRobot公司研制了PackBot系列机器人，能适应崎岖不平的地形环境和爬楼梯，主要执行侦察任务、寻找幸存者、勘探化学品泄漏等任务。InuKtun 公司研制了机器人MicroVGTV ，机身可变位，采用电缆控制，含有直视的彩色摄像头，并带有微型话筒和扬声器，可用于与压在废墟中的幸存者通话，适用于在小的孔洞和空间中执行任务。除了前面的中小型救灾机器人，微型救灾机器人也正在研究中，美国加州大学伯克利分校研制出世界第一个苍蝇机器人，通过装在它脑袋上的微型传感器与微型摄像机，可以到倒塌的建筑物废墟底下或其他灾难场所寻找幸存者。

二、国内的研究现状

在国内，救灾机器人的研究刚刚起步，但进展很快。中科院沈阳自动化所在2002年研制了一种蛇形机器人，由16个单自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成，在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等多种动作，并能通过安装在蛇头上的微型摄像头

将现场图像传回监控系统。国防科技大学在2001年也研制了一种蛇形机器人。中国矿业大学在“211工程”的支持下，已开始研制煤矿救灾机器人。

第三部分：关键技术详细内容

一、机构

1、移动机构

作为救灾机器人的移动载体，必须具备以下特点：一定的移动速度和低能耗；良好的姿态稳定性和高运动精度；能够适应各种各样的地理环境，有一定的爬坡和越障能力。

现有的救灾机器人移动机构主要有：无肢运动(以蛇形机器人为主) 、轮式、腿式、轮腿式和履带式等。蛇形机器人具有运动稳定性好、适应地形能力强和高的牵引力等特点，但多自由度的控制困难，运动速度低；轮式机器人具有结构简单、重量轻、轮式滚动摩擦阻力小和机械效率高等特点，但越过壕沟、台阶的能力差；腿式机器人具有适应地形能力强的特点，能越过大的壕沟和台阶，其缺点是速度慢；轮腿式机器人融合腿式机构的地形适应能力和轮式机构的高速高效性能，其缺点是结构相对复杂；履带式机器人地形适应能力强，动载荷小，设计紧凑，其缺点是重量大，能耗大。

例如履带式移动机构的设计：

在恶劣工作环境、地面的不平及承载能力等因素影响下，选用履带作为传动装置。它有如下优点：

（1）、它能够平稳、迅速、安全地通过各种复杂路况。由于接