搜救机器人45016.docx

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1、青少年科技创新大赛中学生项目地震被困人员搜搜救器学 生： 李振坤坤 蒋明彤 指导教师： 崔崔娜 佘念利 刘秀艳 学 校：河北省唐山山市第一中学学2008年122月摘 要摘 要地震发生后，面面对很容易发生二次倒塌塌的建筑物，救援人员无法深深入废墟内及时对受困人人员进行搜索和施救。为此，设计计一种体形细细长的搜救器，它可在复杂表表面上前后爬爬行、转弯和和越障，在狭狭小缝隙间穿穿行，装有摄摄像机等传感感器进入废墟墟下探测和定定位受伤者，还还可以为伤者者送去必要的的药品和食物物。该搜救器采用类类似高速列车车动车组的模模块化结构形式，头尾结结构相同，每每个中间单元均有电源和驱动器器，各单元相相对独立并可

2、可在现场自由由拆装，可根根据需要灵活活配置；由弹簧、卡爪和电磁铁铁构成的驱动器器结构简单，可实现前进、后退、转弯、越障等动作；采用蠕动前进方式，便于通过狭小通道；可张合的头锥，既可保护摄像机，又可进行一些功能操作；提出的球面水银定向器实现了爬坡、翻转时搜救器定向；各动作全部均采用电磁铁驱动，通过控制电磁铁线圈电流控制动作程度，能量利用率高，简单易行。与现有设备相比，该搜救器功能强、结构简单、工作周期长，适用于复杂地面环境，可大大提高搜救速度，减少抗震救灾过程中的人员伤亡。关键词：地震，搜救，救援，废废墟，机器人人目 录目 录引言11 项目研究背景221.1国内外救救援装置研究现状状21.2地震

3、搜救救装置关键技术术441.3项目研究究内容及意义义52 搜救器结结构设计62.1基本设计计方案62.2结构设计计72.3三维造型型设计.1113 结论12致谢13参考文献14引 言引 言举世震惊的汶川川5.12强烈地震震发生后，全全国人民都积积极投入到抗抗震救灾活动中。作为三十多年年前经历过同同样灾难的唐山人民对对汶川地震尤为为关注，一些些人立即奔赴赴灾区，很多人忙着为为灾区捐款捐捐物。那些日日子里，走到到唐山的任何何一个角落你你都会听到人人们在谈论着着有关地震的的事情。我们也时刻关关注着救灾的的进展情况，每天放学回回家第一件事事就是赶紧打开电视视机观看救灾现场的报报道，当看到到有人被埋在在

4、废墟下呻吟吟呼救，而外外面的人却一时无法将他他们救出时，我们心里十分焦急，总在想：里面的人肯定受了重伤，也一定很饿，如果有个小型搜救器能迅速钻到废墟里，探明受伤人位置和情况，给他们送去急需的药品和饮食该有多好啊。随着时间一天天过去，废墟下的呼救声逐渐消失了，有人冒着余震的危险用生命探测器在废墟上检测下面是否还有人活着，我们又在想：如果有个搜救器带着这种生命探测器深入到废墟和危楼里会不会发现里面更多活着等待急救的人呢？有一天，看到两名救援人员在危楼中搜救时被余震倒塌的楼房掩埋的画面时，我们萌生了更加强烈的愿望：一定要设计一个搜救器，替代人深入到危险的地方对受灾人实施救助。我们把这个愿望望告诉了家

5、长和老师，他们都都非常赞同并并全力支持我我们。从那以后，我们利用课余时间间从图书馆及及互联网上查查阅了大量相相关资料，一直在在努力设计一一种能够在瓦瓦砾上运动，在在狭小缝隙间间穿行的小型型搜救器，尤其其根据我们已经掌握的的知识对它的的结构和运动机机理进行研究究。- 2 -项目研究背景1 项目研究究背景1.1 国内外外救援装置研究现状状近年来多发的自自然灾害如地地震、火灾、洪洪水，严重威胁着人人类的安全，引引起了人们广广泛关注。将将机器人技术术、营救行动动技术、灾难难学等多学科科知识有机融融合，研制与与开发用于搜搜寻和营救的的灾难救援装装置，是机器器人学研究中中一个富有挑挑战性的新领领域。由于地

6、地震后存在易易二次倒塌建建筑物的现场场，施救人员员无法深入进进行侦察或施施救，人们急急于探知灾难难现场的内部部险情，但又又无法接近或或进入灾难现现场。此时，救救援机器人的的参与可以有有效地提高救救援的效率和和减少施救人人员的伤亡，它它们不但能够够帮助工作人人员执行救援援工作，而且且能够代替工工作人员执行行搜救任务，在在灾难救援中中起着越来越越重要的作用用。近年来，特别是是“9111”事件以后后，世界上许许多国家开始始从国家安全全战略的角度度研制出各种种反恐防爆机机器人、灾难难救援机器人人等危险作业业机器人用于于灾难的防护护和救援。同同时，由于救救援机器人有有着潜在的应应用背景和市市场，一些公公

7、司也介入了了救援机器人人的研究与开开发。此外，国国际RobCCup机器人人竞赛也增加加了救援比赛赛的专项RoobCup Rescuue，为救援援理论和技术术提供仿真研研究的试验平平台。目前，灾灾难救援机器器人技术正从从理论和试验验研究向实际际应用发展。日本作为一个多多地震国家，在在救援机器人人方面开展了了相对全面的的工作。日本本东京工业大大学的广濑是是最早从事救救援机器人研研究的学者之之一，他所领领导的广濑研研究室，从仿仿生的角度和和基于超机械械系统的思想想先后研制了了“ACM”，“GGENBU”与与“SORYYU”等多系系列救援机器器人样机。考考虑到灾害现现场的援助作作业最重要的的是确定受灾

8、灾害者的位置置，必须依靠靠能够在像瓦瓦砾那样狭小小的场所移动动的机器人来来探察，为此此他们研制了了SOURYYU.I和SSOURYUU.II。日日本东京工业业大学的KAAMEGAWWA等提出一一种新的救援援机器人平台台，该机器人人由多节履带带车连接而成成，能够进入入狭窄的空间间，相邻单元元间由主动关关节连接，具具有较好的越越障能力和地地面适应能力力。日本京都都大学OSUUKA等研制制出一种死结结四面履带救救援机器人“MMOIRA”，采采用电动机同同时驱动四周周履带，使得得它在废墟中中有很好的穿穿梭能力和抗抗倾翻能力。在美国，多个高高校的研究中中心、国家研研究机构和公公司也同时进进行了救援机机器

9、人的研究究。南佛罗里里达大学灾难难救援机器人人研究中心MMURPHYY等研制出安安装有医学传传感器的救援援机器人Buujold，底底部采用可变变形履带驱动动具有较高的的运动和探测测能力，同时时机器人能够够在灾难现场场获取幸存者者的生理信息息和环境信息息，并将其传传送到外界。加加利福尼亚工工业大学HEELMICKK等研制的多多传感器救援援机器人，机机构结构简单单易控，具有有快速爬楼梯梯的能力。南南加利福尼亚亚大学SHEEN等研制的的一种模块化化可重构的救救援机器人CCONRO，它它可以根据灾灾难现场环境境的需要重组组成蛇形、六六足形及环行行等多种构形形。美国航空空航天局HAAITH等等研制一种具

10、具有三维运动动的蛇形机器器人Snakkebot，它它在非结构环环境具有较强强的运动能力力。PARCC研究中心YYIM 等设设计的一种模模块化可重构构的机器人PPolyBoot，因机器器人的模块具具有互换性而而具有很强的的变形能力，机机器人不同的的构形可以适适应于不同的的地形。“99.11”事事件的灾难现现场救援被认认为是灾难救救援机器人的的第一次实际际应用。在纽纽约世界贸易易中心遭到恐恐怖袭击发生生后几小时，美美国“机器人人辅助搜救中中心”立即组组织了一支由由机器人专家家和生产厂家家技术人员构构成的队伍，携携带可供使用用的机器人赶赶赴世贸中心心废墟现场，向向救援行动提提供技术支持持。其中Inn

11、uktunn公司的MiicroVGGTV、MiicroTrraces和和MiniTTracess三种机器人人它们体积小小，质量轻，在在废墟堆上用用的最多。FFosterr-Milller公司的的Talonn和Urboot也被用于于建筑物的内内部检测。在国内，中国科科学院沈阳自自动化研究所所研究的蛇形形机器人样机机旨在用于非非结构环境中中探测和灾难难救援作业。该该蛇形机器人人可以根据地地面状况采用用蜿蜒、伸缩缩、侧移和翻翻滚等多种运运动步态，在在监控系统的的无线控制下下，具有一定定的三维运动动能力，并可可通过安装在在蛇头上的微微型摄像头将将现场图像传传回监控系统统。该单位还还研制了一种种履带式灾

12、难难救援可变形形模块机器人人样机，具有有直线、三角角和并排等多多种形态，通通过多种形态态和步态来适适应环境和任任务的需要。上海交通大学研制了一种仿蛇机器人样机，该机构由一系列刚性连杆连接而成的自由多刚体系统，由步进电机控制两刚性连杆之间的夹角，使连杆作平面运动，连杆两边装有滚动轴承作车轮，滚动轴承只改变纵向和横向摩擦系数之比。国防科技大学年研制的一种蛇形机器人能像蛇一样扭动身躯，在地上或草丛中蜿蜒运动，可前进、后退、拐弯和加速。头部是机器人的控制中心，安装有视频监视器。我国是世界上灾灾难发生最为为严重的少数数国家之一，具具有灾害种类类多、发生频频率高和分布布地域广等特特点。近年来来，地震、矿矿

13、难灾难事故故在我国多次次发生，给公公众安全和国国民经济带来来极大的破坏坏作用，引起起了相关领域域专家和学者者们的注意。现现有的灾难救救援机器人的的研究工作主主要是救援单单机器人平台台基础技术的的研究和实现现。随着灾难难救援机器人人研究逐步从从试验研究转转入到实际应应用，结合灾灾难救援机器器人的应用环环境和作业功功能的需要，救救援机器人的的研究正朝多多种技术融合合化和多智能能体网络化两两个主要方向向发展。1.2 地震搜搜救装置关键技术术综合世界各国对对救援机器人人技术研究和和实际应用，用用作地震搜救救的装置关键性能能在于运动能能力，感知能能力，通讯能能力和作业能能力等几个方方面。地震搜救环境对对

14、装置的运动能能力要求较高高，装置的移动方方式十分重要要。现有的移移动机器人有有轮式、履带带式和腿式等等移动方式。地地震废墟里空空间狭小，受受环境空间的的限制，搜救救装置机器人物物理结构必须须要小；但是是它又必须要要越过位于机机器人路径上上的障碍物，它它的重心不能能太高，在越越障碍物时又又不能失去牵牵引力；另一一方面，行进进过程或翻越越障碍物过程程中，可能出出现翻滚现象象，它必须具具有自调整能能力。实践证证明，蛇形机机构是满足上上述要求的有有效机构之一一。该机构具具有结构重复复，冗余度大大的特点，它还还具有一定的的故障容错能能力。而履带带、轮、腿复复合的复合移移动机构适用用于环境存在在松软的灰土

15、土地面、泥泞泞路面及坎坷坷不平的废墟墟地面等多种种地面地形。搜救机器人的感感知能力主要要体现在：对对机器人的控控制、对环境境的检测和对对遇难者的发发现三个方面面。机器人的的控制方面，为为了让机器人人正常工作，必必须对机器人人的位置、姿姿态、速度和和系统内部状状态等进行检检测，系统可可以采用传统统机器人的CCCD摄像机机、激光测距距仪、超声测测距仪、接触触和接近传感感器、红外线线传感器和雷雷达定位传感感器等。在环环境检测方面面，环境检测测对搜救的正正常工作、提提高工作效率率、节省能源源和防止意外外事故都是非非常重要的。在在感知系统中中，视频信息息对救援机器器人而言十分分关键，因为为救援过程中中它

16、们可以用用于机器人的的导航和对现现场的情况通通过视频进行行观察。视频频摄像机可以以用来进行遥遥操作机器人人和发现遇难难者，因为它它们能够为操操作人员提供供视觉信息。此此外，还有数数字温度摄像像机、穿透雷雷达、微波雷雷达、激光探探测仪等先进进技术，但系系统的成本和和能量消耗较较大。搜救机器人的通通信主要在于于：操作人员员与机器人之之间的通信、操操作人员与遇遇难者之间的的通信。所有有的通信通常常采用无线的的方式。目前前操作人员与与机器人之间间的通信均采采用人机交互互的形式。机机器人既是一一个工具，又又是一个作业业执行的代替替者，施救人人员通过与机机器人通信知知道即将发生生的一切，以以便采取相应应措

17、施。操作作人员和机器器人之间的通通信主要包括括操作人员对对机器人的控控制和机器人人采集信息的的有效传输，主主要考虑控制制指令的准确确性和信号处处理的完备性性两个方面的的因素。操作作人员和遇难难者之间的通通信主要有声声音和图像的的传递，声音音双向传输设设备为话筒和和麦克。通过过语音之间的的交互联系，幸幸存者不仅可可以知道救援援队伍的到来来，同时还可可以指导救援援工作的进行行和进一步发发现其他的遇遇难者。救援机器人的作作业能力是指指机器人方便便于操作人员员的使用和机机器人本身具具有一定的作作业功能两个个方面。一方方面机器人本本身必须可控控和便于控制制，要求机器器人质量轻，方方便携带。机机器人的作业

18、业功能主要包包括勘探、搜搜寻和救助三三个方面。其其中勘探功能能帮助操作人人员确定险情情的位置，利利用机器人进进行采样、记记录数据，记记录下所有有有关建筑物的的三维地理信信息和物理信信息，由救援援指挥官或相相关的工作人人员来确定工工作区对工作作人员来讲是是否安全，最最小化救援队队伍的危险性性；搜寻功能能用于一些人人不能够接近近的洞穴进行行搜寻和辨识识遇难者；救救助功能中机机器人提供一一系列的服务务，包括必要要设备的携带带、遇难者急急需物质的供供应、与工作作人员和被困困的遇难者保保持联系等，必必要时还需要要完成对接近近受害人过程程的路径进行行规划，对受受害人进行自自主的或遥测测的急救，保保护生命体

19、使使之在营救过过程中不受落落下的碎片等等任何可能的的伤害，运送送受害人等。1.3 项目研研究内容及意意义通过查阅资料我我们了解到国内外外有关灾难救救援的机器人人研究成果还还真不少，但但该领域仍处处于研究探索索阶段，真正正实际应用的的并不多，而而且已有的机机器人大都结结构复杂、功功能有限。项目旨在研究一一种可以在地地震废墟内搜救受困者的搜救救器，它可在废墟墟的狭窄空间间内实现完成前进、后后退、转弯和和越障等动作作，以探测和定位位受困人员并引导导救援，并可可携带一定的的物品。项目重点对搜救器的结构组成成和运动机理理进行研究。防灾、减灾和救救灾事关人民民生命和财产产安全，是国国家公共安全全的重要组成

20、成部分。面临临极其危险和和恶劣的地震震灾难救援环环境，搜救器器可以代替和和协助救助人人员执行搜救救作业。实际际上，这种搜搜救器不仅用于抗抗震救灾，还还可以用于坍坍塌、矿难等等救灾活动中中，也可用于于考古、探险险等作业中。- 15 -搜救器结构设计2 搜救器结结构设计2.1基本设计计方案项目旨在研究一一种可以进入入地震废墟内内搜寻受困人人员并施以救救援的搜救器。为了了实现该目的的，首先从搜搜救器的结构及运运动、控制与通讯讯、能源与驱动动、作业能力力几个方面进进行分析，确确定搜救器基基本设计方案案。(1) 结构及及运动形式为进行地震搜救救工作，搜救救器必须具有在废废墟下狭小缝缝隙内前进、后后退、转

21、弯和和越障运动的能力，它属于移动机机器人。移动动机器人有轮轮式、履带式式和足式等结结构方式，其其中轮式机器器人对路面平平整度要求较较高，不适合合在废墟上运运动；履带式式机器人在废废墟上有一定定的越障能力力，但体积大大，不适宜狭狭小空间运动动；足式机器器人越障能力力较强，但机机械结构和控控制系统都很很复杂。相比比之下，蛇形形机器人具有有稳定性好、横横截面小、柔柔性大等特点，更适适合在废墟的的缝隙间穿行。现有的的蛇形机器人人大都仿照自自然界蛇的运动而采用蜿蜒前进的运运动方式，需需要较大的运运动空间。相相比之下，蠕蠕动前进方式式更利于通过过废墟下的狭狭小通道。同同时，在废墟墟复杂的路径径下，机器人人

22、很容易发生生翻滚，结构构设计时必须须考虑翻滚后后机器人仍然然能够正常前前进。该搜救器由头、身身和尾三部分分构成，为便便于前进和后后退，头、尾尾采用相同结构构。中间身体体由多个可自自由拆装的独独立单元连接而成。综合上述分析，确确定本搜救器器为多单元构成的蛇形搜救器，采用用蠕动前进方方式，结构上上能够实现前前进、后退、转转弯和越障等等动作。(2) 控制与与通讯方式搜救器由搜救器器本体和监控控系统两部分分组成，两部部分之间通过过无线通讯进进行信息交互互。搜救器本体带带有微型摄像机、传感器、运动动控制系统和和信号接收/发送器；置置于废墟外部部的监控系统统由笔记本电电脑和信号接接收/发送器器构成。摄像像

23、机安装在搜救器器前方拍摄图图像，将前方方景象实时传传输到后方的的电脑中；搜搜救人员通过过图像观察运运动前方的情情景，向搜救救器发出运动动和动作指令令，搜救器控制系系统则根据指指令驱动机构构运动。(3) 能源与与驱动现有搜救器大多多为电动型，极极少数为气动动和液动型。废墟中移动的搜救器如果拖着一个长长的电缆或管道尾巴，由于电缆与地面废墟的摩擦力很大，走不多远就会爬不动了。因此该搜救器必须自带电源，可选用高能量的可充电池，如镍氢电池、锂电池等。为了取得较长的工作时间，在搜救器设计中，尽量减小搜救器本体质量，并采用能耗消小的驱动方式。经调研，现有机器人大都采用电机和减速器驱动，结构复杂、耗能大，而相

24、对而言电磁铁能量利用率最高，而且机构简单易行，更适用于本搜救器驱动。此外，由于本蛇形搜救器有多单元组成，除头尾外每一单元都自带驱动机构和电源，这样可大大提高工作周期。(4) 作业能能力搜救器的作业任任务是对废墟墟下的人员进进行搜寻和救救助。搜救器器装有摄像机机、照明灯和和其它必需的的传感器，并并将信息传送送到外面的监监控系统；装装有话筒和喇喇叭，作为救救援人员与受受难者之间通通话工具。搜搜救器还能够够携带一定的的药品和食物物，送给一时时不能被救出出受难者。此此外，搜救器还须具具有一定的清清理通道能力力，以便通过过略有堵塞的的通道。综上所述，确定定本搜救器基本设设计方案和原原则如下：一种多单元构

25、成成的遥控蛇形形搜救器，由头、身和和尾三部分构构成，其中头、尾部部分结构相同同，均装有微微型摄像机和和灯；中间身体部分分由多个可自自由拆装的独独立单元连接接而成，其中中有一个单元元为控制单元元，装有搜救救器控制系统统、传感器和和通讯系统，其其它单元为运运送单元，可可装载一定量量物品；每个身体单单元均有能源源和驱动器；采用电磁铁驱驱动，以蠕动动方式前进，在发生生翻滚时仍能能正常运动。搜救器能够实实现前进、后后退、转弯、越障和通道清理等动作。2.2 结构设设计图1 搜救机器人总体结构头部身部尾部搜救器由头、身身和尾三部分分构成，总体体结构如图11所示。其结结构设计包括括头部结构设设计、身体单单元结

26、构设计计、单元连接接部分设计和和定向器设计计。(1) 头部结结构设计(a) (b) 图2 头部外观结构头锥摄像机照明灯卡爪头部位于搜救器器的最前端，摄摄像头和照明明灯必须需安装在头头部。由于蛇蛇形搜救器不具备备手爪，头部部须具有清理理通道的功能能。在此，头头部前端设计计成可张合的的分瓣式头锥锥，摄像头和和照明灯安装装在头锥内。闭合的头锥（图2a）便于穿越狭小空间，还可保护摄像头；头锥张开时（图2b）可扩张通道、增大摄像头视野，同时还起聚光的作用；头锥张合动作还用以抓放物体，相当于动物的嘴巴。头锥的张合由电磁铁驱动（图3），当电磁铁接电时，在磁场的作用下铁芯向图中左运动，推动球体和锥瓣绕转轴顺时

27、针转动，头锥张开。当通道狭窄，张开动作受阻时，可以通过调整电磁铁线圈电流调整头锥扩张力。在电磁铁失电的状态下，铁芯在弹簧的作用下向右移动，头锥闭合。此外，头部外还有圆周分布的卡爪，前进时抓取地面（在后面的驱动部分详细介绍）。转轴 球体 锥瓣图3 锥瓣运动机构铁芯弹簧电磁铁(2) 身体单单元结构设计计搜救器的身部由由一个控制单单元和若干个个运送单元组组成，各单元之间间、单元与头头部间可自由由组合与拆装装。最简单的的搜救器配置置（如图1）仅仅有一个控制制单元，没有有运送单元。每个身体单元均有自己的能源和驱动器，在程序控制下，各单元间协调动作完成前进、后退、转弯、越障运动。搜救器采用蠕动前进方式。驱

28、动机构由弹簧簧、牵引绳和和电磁铁构成成（图4），牵引绳位于弹簧中心，一端固定，另一端与电磁铁铁芯相连。电磁铁通电时产生的磁场力驱动铁芯向右移动，铁芯拉动牵引绳压缩弹簧；电磁铁失电时磁场力消失，弹簧恢复原长度。改变电磁铁线圈的电流可控制电磁力大小，从而控制弹簧压缩量。图4 驱动机构弹簧牵引绳弹簧电磁铁线圈牵引绳弹簧铁芯每个驱动器有四四套驱动机构构。四套驱动动机构在横截截面上圆周分分布，连接于于前后两个刚刚体之间。在在各身体单元元和头部均有有多个圆周分分布的卡爪，用用于抓取地面面，控制搜救器运动方方向。同一圆圆周上的卡爪爪由一个电磁磁铁控制方向向。如图5所示，电电磁铁线圈接接通正向电流流时，铁芯向

29、向右移动，带带动卡爪绕转转轴顺时针转转动，铁芯到到达右极限位位置后，被右右锁扣锁紧，电磁铁铁失电后仍保保持其位置，此此时卡爪右端端翘起，搜救救器向右运动动的阻力远大大于向左运动动的阻力。反反之，电磁铁铁线圈接通反反向电流时，铁铁芯向左移动动，带动卡爪爪绕转轴逆时时针转动，铁铁芯到达左极极限位置后，被被左锁扣锁紧，电磁铁失失电后仍保持持其位置，此此时卡爪左端端翘起，搜救救器向左运动动的阻力远大大于向右运动动的阻力。以图1中连接头头部与身体单单元的驱动器器为例说明搜搜救器运动过过程。当电磁磁铁接电驱动动四根弹簧以以同样的收缩缩量同时收缩时时，将头部与与身体相对距距离拉近，由由于此时所有有卡爪均右端

30、端翘起，头部部被地面卡住住不能向后运运动而静止，而而身体图5 卡爪工作原理卡爪锁扣转轴电磁铁线圈电磁铁铁芯单元在在弹簧力的作作用下向前运运动；当电磁磁铁失电时，四四根弹簧恢复复长度伸长，头头部与身体相相对距离将增增大，由于此此时所有卡爪爪均右端翘起起，身体单元元被地面卡住住不能向后运运动而静止，而而头部在弹簧力力的作用下向向前运动。如如此往复，搜搜救器将不断断向前蠕动前进。如如果改变卡爪爪翘起方向，所所有卡爪左端端翘起，则上上述电磁铁的的接电、失电电过程中，搜搜救器将向相反方向蠕动动前进。四根弹簧中的两两侧弹簧收缩缩量不同时，搜救器将转弯运动；上下弹簧收缩量不同时，搜救器将抬头或低头运动。(3

31、) 单元连连接结构如图6所示，头头、尾和身体体各单元间用用阴阳快插接头头连接，接头头内有电路电电极，传输传传感器信号和和控制信号；外部有卡扣扣锁紧联接两两个相邻单元元。该结构便便于现场各单单元的组合与与拆装。图6 单元体连接电极卡扣图7 定向器结构原理(4) 定向器器设计在废墟复杂的路路径下，蛇形形搜救器很容易易发生翻滚，搜救器整体采用圆柱形，且卡爪和弹簧在圆周上均布的结构，使得翻滚后驱动机构仍能正常运行。但是，为了实现转弯、抬头等动作，必需确定搜救器的翻转角度。在此设计一个定向器测试当前搜救器所处角度，并将角度信息传给搜救器控制系统。如图7所示，定向器外部位正方体，内部为空心球面，在正方体上

32、、下、左、右、前、后各面均向球面内插入两个电极，球面内部露出电极接点，球内装有一定量的水银，因为水银具有流动性和导电性，根据定向器转角，水银将接通不同电路的电极对，以此判断身体翻转、倾斜角度，为运动控制提供参考。2.3 三维造造型设计在上述各部分原原理设计的基基础上，采用用三维设计软软件Soliidworkks对搜救器器进行零件设设计和装配，设设计渲染效果见本本说明书首页页后彩页，其其中上图为搜搜救器基本结结构，由头部部、控制单元元和尾部构成成，下图在基基本结构基础础上配置了两两个输送单元元。结 论3 结 论项目利用中学所所学胡克定律、杠杆原理、电磁原理等知知识，提出了了一种新型蛇蛇形地震搜救

33、救器，对搜救救器驱动机构构、功能机构构等内容进行行了较详细分分析和研究，并并进行了搜救救器三维造型型设计。与现有搜救装置置相比，本搜救器具有如下创创新和特点：l 采用蠕动前进的的方式，可以以通过狭小通通道；l 四根弹簧和卡爪爪构成的驱动动机构可实现现前进、后退退、转弯、越越障动作；l 头尾结构相同，既既可前进，也也可后退，前前进与后退间间切换只需改改变卡爪倾斜斜方向即可；l 头部前端装有可可张合的头锥锥，它既可保保护摄像机，又又可实现一些些功能操作；l 设计的球面水银银定向器解决决了搜救器爬坡、倾翻时的定向向问题；l 各动作均采用电电磁铁驱动，通通过控制电磁磁铁线圈电流流控制动作程程度，能量利

34、利用率高，简简单易行；l 类似高速列车动动车组的总体体结构，头尾结构相同同，每个身体体单元具有电电源和驱动，可可根据需要配配置单元数量量灵活方便，并能保证较长长作业时间。鉴于我们目前所所学知识有限限，设计的搜救救器功能还有有待进一步完完善和扩展。该搜救器还是一一个遥控型的的，如果能够够进一步智能化化，自己寻找找伤员，主动动救助就更好好了。这些等等我们上大学后，学学得更多的知知识一定能实现。致 谢致 谢地震搜救器是在在崔娜老师、佘念利老师和刘秀艳老师悉心指导导下完成的，在在项目研究期期间，三位老师在项目目选题、资料料查阅和方案案论证等方面面均给予我们很大帮助，是老师循循善诱诱的教诲及无无微不至的

35、关关怀和指导，使使我们克服重重困困难，最终完完成了本次创新设计计工作。值此此项目完成之际际，谨向老师们致以最深切切诚挚的谢意意。在项目研究期间间，班主任孟文丛丛老师、物理理老师于四川川和唐山一中中的很多老师师都给予我们热情的关注和和支持，在此此向他们表示衷衷心感谢。感谢河北理工大大学机器人研研究所的老师师和研究生们们，是他们指指导我们学习相关设设计软件，并并提供上机条条件。感谢父母亲对我我们的支持和关关爱。最后，非常感谢谢在百忙中评评阅本作品的老师和专家，作者诚恳请求求老师给予书书面指导。参考文献参考文献1 李集灾难救急机机器人，科技技展望20008，7：242 王萌，孙孙涛，魏衍侠侠等废墟搜

36、搜中的音频生生命求救信号号分析研究，机机电一体化2008，114（8）：29-3113 董晓坡坡，王绪本救援机器人人的发展及其其在灾害救援援中的应用，防防灾减灾工程程学报20007，277（1）：1112-11174 王忠民民灾难搜救救机器人研究究现状与发展展趋势，现代代电子技术2007，330（17）：152-11555 刘金国国，王越超，李李斌等灾难救援机机器人研究现现状、关键性性能及展望机械工程学学报，20006，42（112）：1-116 宗光华华，毕树生，王王巍等机器器人技术开拓拓未来20005年国际际机器人展（日日本）巡礼，机机器人技术与与应用2006，11：34-4417 日本开开发出新型搜搜救机器人，机机器人技术与与应用20006，4：468 新人地震搜救机机器人在东京京国际展览会会上亮相，警警界科海22003，112：299 田所谕谕，许晏平，周勋用于减轻地地震灾害损失失的机器人技技术，国际地地震动态2003，111：35-3810 董泰泰日本开发出出探测地震被被埋人员的机机器人，国际际地震动态2003，33：43