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機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：地震廢墟搜救裝置的研究
資源天下 2019/2/9 9:55:29
一．引言
地震、礦難、火災(zāi)、洪水等災(zāi)害事件經(jīng)常在報(bào)刊媒體中報(bào)道，特別是如2008年512汶川地震和今年四川玉樹(shù)的地震更是給某個(gè)區(qū)域人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了重大的損失，牽動(dòng)著億萬(wàn)人民的心。自然災(zāi)害盡管可以采取一些預(yù)防措施，例如提高建筑物的抗震等級(jí)，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，對(duì)全民進(jìn)行災(zāi)害預(yù)防與應(yīng)對(duì)的安全教育等，也可能采取一些方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，但總的來(lái)說(shuō)，自然災(zāi)害往往是無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的，也是無(wú)法避免的，而且一旦發(fā)生了就會(huì)給人民的生產(chǎn)生活造成很大的損失。如何能在大的災(zāi)害發(fā)生后展開(kāi)救援，將災(zāi)害造成的損失降低到最低程度，將是一件非常有意義的事情。也許也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，2010年第四屆大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽的主題被定義為：“珍愛(ài)生命，奉獻(xiàn)社會(huì)”。內(nèi)容為“在突發(fā)災(zāi)難中，用于救援、破障、逃生、避難的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作”。應(yīng)該說(shuō)是非常適時(shí)的。
二．總體設(shè)計(jì)
我們的參賽作品也想緊扣這一主題而展開(kāi)。參賽作品的題目暫定為：地震廢墟搜救裝置的研究。之所以定這樣的題目，是由于地震往往對(duì)一個(gè)區(qū)域造成很?chē)?yán)重的破壞，而對(duì)幸存者的搜救是否及時(shí)，將直接影響到生還者的數(shù)量，和傷者將來(lái)造成損害的大小以及將來(lái)恢復(fù)的情況。從原理上說(shuō)，該作品也能夠用于其它類(lèi)型災(zāi)難的救助。
2．1 基本設(shè)計(jì)概念
設(shè)計(jì)這套廢墟搜救裝置的目的是我們希望給救援人員在正式展開(kāi)救災(zāi)活前能預(yù)先對(duì)需要救援的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行評(píng)估，這樣可以較合理的分配救援的人力物力，選擇需要攜帶的裝備和援助物資等，以提高救援效率、避免救援人員的不必要的傷亡和損失。為此，我們需要一套小型偵測(cè)系統(tǒng)，操作者在遠(yuǎn)端可以對(duì)其進(jìn)行操縱，了解其運(yùn)動(dòng)的方位，并感知現(xiàn)場(chǎng)的信息，例如圖像，聲音、溫度、輻射量、濕度、瓦斯?jié)舛鹊�。�?duì)現(xiàn)場(chǎng)的損害進(jìn)行評(píng)估，為后面進(jìn)行的搜救活動(dòng)做好準(zhǔn)備。
2．2 系統(tǒng)介紹
由于我們主要是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)搜救的預(yù)先評(píng)估，我們采用了輪式運(yùn)動(dòng)底盤(pán)，在底盤(pán)上設(shè)計(jì)了一套全方位機(jī)械手臂系統(tǒng)，該機(jī)機(jī)械手臂有5個(gè)自由度，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其外觀圖如圖所示。右圖為其仿真模型。在該手臂安裝有手抓，可用于抓取現(xiàn)場(chǎng)樣品或者是清除障礙物。
在本體上安裝有GPS定位系統(tǒng)，操作者可實(shí)時(shí)掌握探測(cè)器所處的位置。在移動(dòng)平臺(tái)上安裝有帶云臺(tái)的攝像頭，視頻圖像被傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。操作者在遠(yuǎn)端能操縱攝像頭的云臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察。為了能在黑夜進(jìn)行觀察，在攝像頭上還安裝了激光遠(yuǎn)紅外照明裝置，可照亮30-50M距離范圍內(nèi)的景物，而功率只有3-4W，一方面降低了功耗，另一方面由于采用的是遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)進(jìn)行照明，人眼看不到，避免了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的干擾。在平臺(tái)上還采用了高靈敏度的聲音傳感器，最遠(yuǎn)可感知30米范圍內(nèi)的聲響，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)甚至是探測(cè)生命跡象信息也是非常重要的。在探測(cè)機(jī)構(gòu)上還安裝了溫度傳感器、濕度傳感器，根據(jù)需要還可掛載瓦斯?jié)舛葌鞲衅�、輻射傳感器等，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸給操作者便于更詳細(xì)的獲得信息。
整個(gè)搜救裝置的控制器主要由三部分組成，一是運(yùn)動(dòng)底盤(pán)控制器，主要控制運(yùn)動(dòng)底盤(pán)的運(yùn)動(dòng)。二是機(jī)械手控制器，主要控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，采用基于ARM7和運(yùn)動(dòng)控制芯片的控制器。三是中央控制器，主要是匯集來(lái)自各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)（例如，溫度、濕度等），并將搜救裝置的狀態(tài)信息反饋給操作者，并接受來(lái)自操作端得數(shù)探測(cè)裝置的控制器采用基于ARM9的嵌入式控制器
用戶(hù)交互裝置由一臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與搜救裝置進(jìn)行連接。在PC機(jī)上運(yùn)行總控界面，還安裝有三維鼠標(biāo)，通過(guò)它可以直接操作機(jī)器手完成相應(yīng)的動(dòng)作。機(jī)械手的狀態(tài)可通過(guò)圖形仿真來(lái)予以顯示。
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