蛇形机器人在救灾方面的研究与设计

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1、申报项目级别校级省级√附件6：第四届大学生研究性学习和创新性实验计划项目申报表项目名称抢险救灾用蛇形机器人的研究与设计项目主持人童斌学院班级信息工程学院10自动化2班联系电话18711317368指导老师张莹填表日期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；需签字部分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、申报省级项目如未获批立项，将参与校级项目的遴选。四、本页不装订。项目名称

2、:抢险救灾用蛇形机器人的研究与设计学院名称信息工程学院学生姓名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指导教师张莹职称讲师学科专业控制科学与工程项目研究和实验的目的和要解决的主要问题:一、项目研究和实验的目的近年来,由于自然灾害、恐怖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

3、力搜救的话，工作量比较大而且效率也不高。另外中国煤矿不安全因素很多，瓦斯煤尘和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，只能逐步清除垃圾,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，救援机器人应能迅速找到幸存者的

4、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、原子反应堆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。不仅使人更安全,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

5、找幸存者。德国从1997年开始从事蛇形机器人的研究工作，到目前为止共设计并制作了S1～S7七代蛇形机器人，特点是各个关节形状尺寸不同，高度模拟生物蛇；缺点是系统为二维结构，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，中科院沈阳自动化所在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年也已开始研制救援机器人，但都普遍存在以下

6、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坚固性、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结构如图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

7、置、电源管理装置、蔽障与检测装置、电机转向控制装置等部分组成。整个蛇形机器人机身除头尾有差异外，中间部分完全相同，一节就是一个模块，若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蛇形机器人结构框图一、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

8、增强，能探测到被埋生命体的呼吸、体动等生命特征，以及精确测量被埋生