破拆救援机器人关键技术

根据机器人在灾难救援过程中的作用不同,对国内外救援机器人研究领域取得的进展及研究现状进行综述.研究表明,目前搜救机器人和搬运机器人不具备对灾后危险建筑物或废墟的智能破碎与拆除能力,提出将机器人技术与工程机械技术有机融合,进行液压驱动的大功率破拆救援机器人研究,归纳了破拆救援机器人研究的关键技术,指出研究面临的主要问题.     

自行车机器人研究综述

自行车机器人是一种全新的智能交通工具,可用于森林作业和灾难救援等特殊任务中它本身是一个欠驱动的非完整系统,同时还具有一定的侧向不稳定性和对称性,对其进行深入研究和开发,将只有一定的科学和实际价值.本文综述了国内外的研究现状,分析了所存在的问题,并指出了自行车机器人未来的主要发展方向.     

矿难救援机器人的发展应用现状与未来趋势

矿难每年给世界带来大量的经济损失与人员伤亡。介绍了矿难救援的危险性及矿难救援机器人在救灾上的可行性,分析了国内外救援机器人的发展现状与应用,展望了未来矿难救援机器人的发展趋势与方向。随着国家的日益重视以及资金的大量投入,矿难救援机器人的研发成果必定会切实保障煤矿工人的人身安全,并带来可观的经济效益。     

水域救援用水下机器人的发展现状与趋势

首先从工作原理、常见类型等2个方面介绍了水域救援用水下机器人,然后从理论与技术研究、有关行业的实战应用、现行有关国家标准、主要生产厂家、近年来以往城市水域救援案例及水下机器人参与救援有关情况等5个方面对水域救援用水下机器人的发展现状进行分析、总结,接着从救援作业风险、机器人发挥的作用、国内水下机器人的发展趋势等3个方面对发展趋势进行预测,并提出今后研究的重点、难点。认为国内水域救援中采用水下机器人等先进的科技装备辅助开展救援作业活动正在逐步形成为水域救援队伍必需的一项基本技能,今后水下救援中采用水下机器人将成为水下救援装备发展的新趋势。     

对矿难救援机器人的研究及应用现状

矿难救援机器人的研发具有非常深远的影响和现实意义。在介绍国内外救援机器人研究及应用现状的基础上,分析了矿难救援机器人的移动机构、通信方式、环境信息获取与导航、生命特征检测以及人机交互系统等关键技术的研究现状及其发展趋势。     

一种越障救援机器人的设计

针对地质灾难现场危险性大的特点,设计以STM32F103Z为控制核心的越障救援机器人。该机器人主要由车体、电机驱动模块、超声波检测模块、人体红外检测模块、画面实时传输模块等组成。主要创新是行走机构采用六轮摇杆,具备一定的越障功能;利用红外传感器对地质灾难现场进行生命迹象检测;通过摄像头采集现场画面并无线传输到控制室以实现对现场的实时播放。所设计的越障救援机器人能协助救援人员进入危险复杂的地质灾难现场开展救援工作,降低了救援风险,提高了救援效率,具有很大的应用价值和推广意义。     

智能应急救援装备研究现状与发展趋势

在地震、火灾等灾害现场,抢险救援任务的紧迫性突显了对智能化应急救援装备的迫切需求。智能应急救援装备的使用可极大地提高救援队伍的战斗力,快速、高效地处理各类灾害,特别是突如其来的严重灾难,大大减少救援人员的伤亡和国家的财产损失,具有重要的研究意义。按照工作环境和用途可将智能应急救援装备分为空中救援装备、陆地救援装备、水下救援装备以及通用救援装备等。在对智能应急救援装备及关键技术的研究现状进行概述的基础上,分析发现了当前研究还存在着缺乏高效的机构设计方法、装备可靠性不佳、智能化程度较低、通信技术成熟度不高以及人机友好性较差等问题,这都导致了智能应急救援装备在大型灾害现场应用程度不高。指出了智能应急救援装备将向着先进的结构设计、可靠的运动性能、高智能化、快速精准的通信及良好的人机交互的方向发展。     

煤矿探测救援机器人研究现状及其应用

论文提出了研究煤矿探测救援机器人的必要性,在介绍国内外煤矿探测救援机器人研究现状的基础上,拟出了需要解决的关键技术,并对其应用前景进行了探讨,提出了探测救援机器人今后的发展方向,以期为之后进一步深入研究提供借鉴.     

建筑机器人应用与发展

近些年,随着经济建设步伐的急剧加快,建筑行业迎来高速发展。基于建筑行业特征,引进工业机器人技术,发展具有针对性的建筑机器人已经成为必然趋势。结合机械结构和控制系统等方面,系统综述了墙体施工机器人、装修建筑机器人、维护建筑机器人、救援建筑机器人和3D打印建筑机器人等国内外研究与应用现状。同时,从结构设计、传感器技术、导航定位技术、控制系统等方面,指出未来建筑机器人技术发展方向—集高精度、轻量化、智能化等特征于一体。     

轮履复合救援机器人的乘适性分析与优化

研究了一种新型轮履复合式救援机器人,它可通过轮履结构的转换在灾难现场等复杂环境中高效地解救和运送伤员。出于对解救伤员在运送过程中安全性、舒适性的考虑,对救援机器人以轮式状态运送伤员的过程进行了振动分析,并利用ADAMS建立救援机器人轮式结构的动力学模型,对其在实际路况的运行进行了仿真分析。考虑人体不同部位不同方向具有不同的频率加权,利用MATLAB设计相应滤波器对仿真所得振动曲线进行处理以计算救援机器人的乘适性。以获取更好的乘适性为目标,通过MATLAB优化工具箱对救援机器人悬架参数进行了优化设计,并进一步验证了优化结果的合理性。     

Current research, key performances and future development of search and rescue robots

Frequent natural disasters and man-made catastrophes have threatened the safety of citizens and have attracted much more attention. The rescue mission under disaster environment is very complicated and dangerous for a rescue team. Search and rescue (SAR) robots can not only improve the efficiency of rescue operations but also reduce the casualty of rescuers. Robots can help rescue teams and even replace rescuers to perform dangerous missions. Search and rescue robots will play a more and more important role in the rescue operations. A survey of the research status of search and rescue robots in Japan, USA, China and other countries has been provided. According to current research, experiences and the lessons learned from applications, the five key performances of a search and rescue robot are survivability, mobility, sensing, communicability and operability. Multi-technique fusion and multi-agent intelligent network are considered to be requirements for the future development of the search and rescue robot. Disaster prevention, disaster reduction and disaster rescue are the important parts of national public safety. They are also crucial for the safety of citizens and their estates. Search and rescue robotic technique is an urgent needed, strategic and core technique for national development. It will be important and strategic for national economy and safety. __________ Translated from Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(12): 1–12 [译自: 机械工程学报]     

救助打捞装备现状与发展

救助打捞是国家应急保障体系的重要组成部分,承担着我国海上人命、财产、环境救助、沉船沉物打捞及其他对海上运输和海上资源开发提供安全保障等多项任务。加强救助打捞装备技术研究,是提高救助打捞综合能力的根本,是国家发展战略的重要构成。救助打捞装备专业性强,具有在高海况和大深度条件下工作可靠的适应性特点,同时又是诸多陆上装备向海上和水下发展的延伸,存在相通之处。救助打捞装备交叉机械、电气、流体、微电子、材料等多学科,其关键共性技术又不仅仅局限于救助打捞领域,在海上运输、海洋油气开发、海洋勘探、军事等领域均有应用。以救助船舶、救助飞机、海上搜寻装备、溢油处置装备等代表性的救助装备和打捞工程船、攻千斤装备、水下作业装备、饱和潜水装备、起浮装备等代表性的打捞装备为对象,分析该领域国内外发展现状和趋势,提出救助打捞装备面临的关键技术问题,为我国救助打捞装备的发展战略研究提供参考。     

基于3-RSR并联机构的蛇形机器人本体构型设计与运动性能研究

蛇形机器人作为仿生机器人的重要分支,身形柔软轻小,运动灵活多变,具备很强的环境适应能力,在军事侦察、地质勘探、灾难救援等领域拥有非常广阔的发展前景。创新性地将并联机构、折纸机构和柔性铰链相结合,设计出一种灵活度高、结构紧凑的模块化蛇形机器人单元,并从数学模型、旋量分析等角度进行合理论证。自主完成硬件电路搭建、控制算法编写,设计蛇形机器人控制系统实现多路直流减速电机协同,并进行仿蛇运动的步态规划。加工制作蛇形机器人样机并完成了特定环境下机器人性能测试。     

摆臂轮式机器人越障过程建模及仿真

为解决在城市灾难现场,很多狭窄空间搜救人员无法进入的难题,充分利用搜救过程中轮式机器人的越障能力,首先对小型可分离式机器人进行了结构设计,并进行了越障过程的理论分析,然后使用Matlab对机器人的越障过程进行了运动学和静力学仿真。仿真和实验结果验证了电机驱动力矩、机器人主体与摆臂长度的比例及障碍物高度等之间的关系,为研究小型机器人在复杂环境中的越障能力提供理论依据。     

单通道便携式声波/振动探生仪的研制

设计和实现了一种用于灾害救援的单通道便携式声波/振动探生仪。能够实现对地下声/振信号的捕捉、放大功能,并以声音的方式传送至监听耳机,以供救援队员确定该区域是否有生命存在,为进一步使用多通道声波/振动探生仪等系统救援设备进行准确、系统的救援提供可靠的依据,能大大提高救援速度。该设备灵敏度高,体积小,功耗低,通过实验验证,可用于实际救援和信号探测工作。     

缝隙搜救机器人镜体的形状重建和定位方法

搜救机器人的路径形状重建和定位是在搜救过程中一项最基本的任务,但地下复杂的环境使得GPS信号完全不可用,因此必须找到一种可替代的方法解决。为建立一套完整的搜救机器人系统,提出了一种能够利用惯性导航传感技术对废墟缝隙搜救机器人镜体形状重建的方法,该方法在初始位置已知的情况下,融合移动距离和方向角进行积分,得到机器人镜体形状曲线,并将其显示在三维坐标中。利用该方法,可以有效地对搜救机器人定位,及时救援发现的被困人员。文中详细叙述了该方法的理论基础,并以此展开了仿真和实验研究。结果表明,重建的轨迹与模拟废墟送进路径达到了非常高的匹配度,在3.4m长度中定位精度达到了20 cm以内。     

煤矿井下安全避险“六大系统”工程设计探讨

在介绍煤矿井下安全避险“六大系统”有关的政策法规和国内外研究现状的基础上,分析了建设完善安全避险“六大系统”的重要意义和各系统之间相互关系,提出建设完善安全避险“六大系统”是一项系统工程,应当在矿井基本情况分析和矿井安全风险分析的基础上,根据安全管理、安全避险和灾害救援等的实际需要建设完善安全避险“六大系统”。     

DEVELOPMENT OF A SHAPE-SHIFTING MOBILE ROBOT FOR URBAN SEARCH AND RESCUE

A portable shape-shifting mobile robot system named as Amoeba Ⅱ（A-Ⅱ） is developed for the urban search and rescue application. It is designed with three degrees of freedom and two tracked drive systems. This robot consists of two modular mobile units and a joint unit. The mobile unit is a tracked mechanism to enforce the propulsion of robot. And the joint unit can transform the robot shape to get high environment adaptation. A-Ⅱ robot can not only adapt to the environment but also change its body shape according to the locus space. It behaves two work states including the linear state （named as I state） and the parallel state （named as Ⅱ state）. With the linear state the robot can climb upstairs and go through narrow space such as the pipe, cave, etc. The parallel state enables the robot with high mobility on rough ground. Also, the joint unit can propel the robot to roll in sidewise direction. Two modular A-Ⅱ robots can be connected through jointing common interfaces on the joint unit to compose a stronger shape-shifting robot, which can transform the body into four wheels-driven vehicle. The experimental results validate the adaptation and mobility of A-Ⅱ robot.     

重载液压机械臂末端夹持装置柔顺控制器研究

灾难救援机器人能够在危险环境下代替人类实施救援任务,由于灾害现场复杂多变,空间紧张,救援机器人往往需要在重载条件下进行工作。大型液压机械臂末端夹持装置,存在阻尼低、刚度弱、易振荡等固有缺陷,且夹持装置直接与环境接触,其耦合规律复杂,阻尼/刚度性能难以精细调控,夹持装置不能实现柔顺控制,极大限制了机械臂与环境的交互,甚至会造成人员伤亡和财产损失。采用阻抗控制中的导纳控制,对救援机器人的末端液压夹持装置进行柔顺控制,通过AMESim-Simulink联合仿真平台,搭建夹持装置模型进行仿真验证。仿真结果表明,采用导纳控制器的夹持装置与环境柔顺交互,取得了较好的控制效果。