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1、-申报工程级别校级省级6： 第四届大学生研究性学习和创新性实验方案工程申 报 表工程名称 抢险救灾用蛇形机器人的研究与设计 工程主持人 童斌学院班级 信息工程学院10自动化2班联系 指导教师 *莹填表日期 2011-05-04湘 潭 大 学 教 务 处 制填写说明一、申报书要按要求逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无。二、格式要求：表格中的字体用小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字局部由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、申报省级工程如未获批立项，将参与校级工程的遴选。四、本页不装订。工程名称:抢险救灾用蛇形机器人的研究与设计学院名称
2、信息工程学院学生*专业名称性别学 号童斌自动化男2010550213郭敏自动化男2010550223戚保林自动化男2010550225谭佳自动化男2010550215李彬艳自动化女2010550207指导教师*莹职称讲师学科专业控制科学与工程工程研究和实验的目的和要解决的主要问题:一、 工程研究和实验的目的近年来,由于自然灾害、恐惧活动和各种突发事故等原因，世界各地灾难经常发生。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间(约72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。如果在倒塌废墟中采用传统的人力搜救的话，工作量比较大而且效率也不高。另外中国煤矿不平安因素很多，瓦斯煤尘和
3、火灾等灾害事故频繁发生，灾害事故危害严重，损毁井巷工程或生产设备，而一般煤矿事故的救灾方式只是根据事故的类型确定救灾的方案，救护人员往往无法进入危险区域，只能逐步去除垃圾,向井下通风，然后再搜救遇险矿工。这种方式救灾周期长，效率低，因此在这种紧急而危险的环境下，迫切需要一种高效可靠的救灾机器人实时传送被困人员的状态，以便制定切实可行的抢险方案。在国外，救援机器人开展迅速，技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、英国等已开场装备使用。在灾难现场中，救援机器人应能迅速找到幸存者的位置。蛇形机器人能模仿蛇的动作,稳定性好、横截面小、高柔性，能够进入因地震或火灾等灾害而倒塌的建筑物内部、原子反响堆
4、和石油化工等领域的装置内部以及其他人们不能涉足的危险场所执行搜寻和检测维护任务。因如此蛇形机器人就越能突出它的优势，相对于其他的轮式、履带式和爬行式的机器人有着较强的越障能力，灵活性也比较强，遇到阻碍时能通过后退、侧移和翻滚来摆脱困境。不仅使人更平安,也使探测、救援或维护更有效，常见的蛇形机器人如图1，图2所示。日本大阪大学研制的蛇形救援机器人，能在上下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。德国从1997年开场从事蛇形机器人的研究工作，到目前为止共设计并制作了S1S7七代蛇形机器人，特点是各个关节形状尺寸不同，高度模拟生物蛇；缺点是
5、系统为二维构造，无法完成三维空间运动。在国内，救援机器人的研究刚刚起步，中科院*自动化所在2002年研制了一种蛇形救援机器人，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年研制了一种蛇形救援机器人。中国矿业大学于2003年也已开场研制救援机器人，但都普遍存在以下几个问题：1、不具备低能耗、良好的姿态稳定性和高运动精度等特点，不能够适应各种各样的地理环境，以及没有一定的爬坡和越障能力。2、不能把分布在不同位置的传感器提供的不完整信息加以综合,形成对环境相对
6、完整和一致的描述，以提高智能决策的速度和准确性。3、导航能力较差，不具备精准确定自身位置、路径规划能力和准确探测生命能力。4、缺乏完善的通讯系统和控制方式。5、在装备材料上不具备强稳固性、防尘能力、耐热性、防水、 防爆、 防腐蚀、 防电磁干扰、抗热辐射等多特性。 图1 蛇形机器人 图2蛇形机器人蛇形机器人的构造如图3所示，主要有主控制器、无线通讯装置、姿态控制装置、制动控制装置、电源管理装置、蔽障与检测装置、电机转向控制装置等局部组成。整个蛇形机器人机身除头尾有差异外，中间局部完全一样，一节就是一个模块，假设要增加蛇形机器人越过障碍物的高度，只需要增加机身模块的个数就可以实现。主控制器姿态控制
7、装置蔽障与检测装置电源管理装置制动控制装置系统传感装置电机驱动控制装置电机转向控制装置无线通讯装置图3 蛇形机器人构造框图二、 要解决的主要问题为了使蛇形机器人在救灾时发挥更强大的作用，从多方面给救援工作者提供有效地、高质量的信息。如果在蛇形机器人身上安装雷达生命探测仪，不仅使其具有生命迹象的探测功能，还具有较强的定位功能，同时也使它的穿透能力增强，能探测到被埋生命体的呼吸、体动等生命特征，以及准确测量被埋生命体的距离深度，而且具有强的抗干扰能力，同时也不受环境温度、热物体和声音干扰的影响，这就为机器人准确找到被困人员所在地提供准确的信息；此外,在不同角度给机器人配备两个或两个以上的微型摄像头
8、，可以使机器人对被困人员所在地进展拍照，再经过三维成像技术处理制成立体图，把内部情况反映给救援工作者，这样就有利于救援人员制定切实有效地营救方案；与此同时还给机器人配备检测身体根本特征的相关仪器，比方测量体温、血压和心跳速率的仪器等，以便医护人员对受伤人员的身体状况有一个根本的了解，制定出有效的医疗方案。在众多问题中，我们主要研究以下三个方面的问题：1选择怎样的移动机构作为救灾机器人的移动载体，使机器人具有运动稳定性好、适应地形能力强的特点。2多传感器信息融合技术的研究3视频、音频、生命探测等信号的远距离传递研究。研究和实验的主要内容及预期成果:一、 研究和实验的主要内容本设计涉及到移动机构、
9、探测技术、多传感器信息融合技术、导航和定位技术、自适应控制技术、仿生技术，将多传感器、由微波设备进展无线传输，控制指令由无线遥控系统完成，随时提供救灾机器人的方位，实现机器人定位的可视化融合应用，提高探测能力、爬坡和越障能力、准确的导航能力和路径规划能力等。1、进展机器人的机械构造设计、驱动设计和机器人的控制系统以等；合理布置零件，减少载荷集中，充分发挥零件材料的效能，提高承载能力。2、学习应用传感器信息融合的一般方法，拟采用Dezert-Smaranddache证据理论进展多传感器信息融合，优点是可以分别处理底层数据层，中间层特征层，上层决策层的融合问题，能够处理多源信息的不确定性和高度冲突性。在不确定、不准确以及高冲突信息的处理上，对证据理论不能处理的复杂动态问题具有完备的描述方法。3、视频、音频、生命探测等信号的远距离传递拟采用无线和有线相结合的方法。二、 预期成果1、制作出蛇形机器人的样机，并进展相关的调试。 2、根据蛇形机器人的特点设计一套合理的越障和避障程序。3、完善多传感器信息融合的技术，增强机器人对环境的认知程度。4、争取将该工程与有关公司进展合作，开发出成熟的产品走向市场。5、申报12项专利。注：本表空栏不够可另附纸*. z-. z
蛇形机器人在救灾方面的研究报告及设计
