开题报告-缝隙救援生命索的研究.doc

缝隙救援生命索的研究1、本课题研究的目的意义及国内外研究概况近年来地震、矿难灾害频发，给人们的生命财产造成了巨大的损失，引起社会的广泛关注。在这些灾难发生后的救援中,救援人员只有非常短的时间(约72 小时) 在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则获救的几率很低。在地震后还存在建筑物二次倒塌的危险，施救人员几乎很难深入灾害现场进行侦察或施救。目前，震后生命检测手段单一、专业生命探测设备搜救能力不足等问题严重制约了震后救援工作的效率和效果。事实表明，由于目前采取的救援活动缺乏合适的装备或是反应不够迅速，导致很多人死于这种不专业的救援方式，例如传统救援设备搜索能力弱（如蛇眼）等。因此，在灾害救援中，急需一种体积小、重量轻、携带方便、易于操作、便于推广、适合复杂灾害现场人员搜救的小型化救援作业装置。缝隙救援生命索是一种可广泛应用于地震、矿难、火灾等灾后生命搜索救援的装置。生命索可在人工控制驱动下利用钢丝绳索、机械式控制前进方向，深入倒塌建筑物所形成的狭小缝隙中曲折前行，同时对生命进行深入的搜索和探测。当发现被困人员时，对其进行流体给养，维持被困者的生命，从而为破障救援争取时间。通过实物样机进行试验表明：该装置方向控制可靠、灵活，模块化设计简单、快捷，整机轻便、实用，具有很强的适应能力。目前国内外有很多相应的救援装置，下面分别介绍一下国内外的研究情况和成果，国内主要有红外生命探测仪、雷达式生命探测仪、蛇眼等。 红外生命探测仪主要利用现在的红外夜视技术，结合视频显示等给使用者提供看不到区域的物体影像，其中红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。被动红外摄像技术是利用任何物体在绝对零度(一273)以上都有红外光发射的原理。由于人的身体和发热物体发出的红外光较强，其它非发热物体发出的红光很微弱，因此，利用特殊的红外摄像机就可以实现夜间监控。被动红外摄像技术由于设备造价高且不能反映周围环境状况，因此在夜视系统中不被采用。主动红外摄像技术是利用特制的红外灯人为产生红外辐射，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光，辐射照明景物和环境，利用普通低照度CCD摄像机或红外低照度彩色摄像机去感受周围环境反射回来的红外光，从而实现夜视功能。所以，红外生命探测仪的环境适应性差，因此，红外生命探测仪没有被广泛应用。雷达式生命探测仪是融合雷达技术、生物医学工程技术于一体的生命探测设备。它主要利用电磁波的反射原理制成，通过检测人体生命活动所引起的各种微动，从这些微动中得到呼吸、心跳的有关信息，从而辨识有无生命。雷达生命探测仪是目前世界上最先进的生命探测仪，它主动探测的方式使其不易受到温度、湿度、噪音、现场地形等因素的影响，电磁信号连续发射机制更增加了其区域性侦测的功能。但是，需要经过计算机的辅助与工作人员需要不断的训练等。蛇眼又被称作光学生命探测仪是利用光反射进行生命探测的仪器。仪器的主体非常柔韧，像通下水道用的蛇皮管，能在瓦砾中自由扭动。仪器前面有细小的探头，可深入极微小的缝隙探测，类似摄像仪器，将信息传送回来，救援人员利用观察器就可以把瓦砾深处的情况看得清清楚楚。光学生命探测仪是一种成本低，坚固耐用，手持式，远距离视频监测系统，特别适用于对难以到达的地方进行快速的定性检查，广泛应用于矿山、地震、塌方救援中。采用模块式结构和轻小便携的蛇眼生命探测仪使您的眼睛能看到原来不能看到的地方。这种镜头可以安装在直杆窥镜或光纤窥镜上,灵活的鹅颈弯管上。但是蛇眼必须延伸在线缆上，或者伸缩的套筒上，或者机械手接头上才能使用，所以会给使用带来不便。国外主要有生命探测仪（美国）、SOURYU救援机器人（日本）等。生命探测仪是美国超视安全系统公司于2005年新近推出的一种安全救生系统。著名物理学家，麻省理工学院博士大卫席思(David Cist)创造性地将雷达超宽频技术(UWB)应用于安全救生领域，从而为该领域带来一项革命性的新技术。基于这种新技术的安全救生系统-生命探测仪，成功地解决了多项困扰传统安全救生系统的问题，使搜救工作比以往更迅速，更精确，也更安全，是现在世界上最先进的生命探测系统。该产品已获得美国专利。超视安全系统公司近日内在中美日三国同步推出这个系统。但是，生命探测仪把探头深入废墟内的缝隙中，只能探测到很小的区域，而地震探测狗则可以在更大的区域内迂回搜索。所以有一定的局限性。 图1.1 生命探测仪2、本课题研究的主要内容考虑到地震、矿难救援环境恶劣、地形复杂和不可预测等特点，生命索设备以适应能力强、操作简单、可靠性高为设计目标，应满足的设计要求如下：1. 整体尺寸较小，易于携带，方便运输；2. 适应性强，模块化构型，可以根据救援环境需要选择不同的模块进行搭接；3. 操作简单，作业灵活、可靠，操作人员少；4. 性能稳定，可长期作业，不受能源制约。图2.1 缝隙救援生命索的整体设计方案对缝隙救援生命索的整体结构设计作综合性的评估，提出优缺点，如有不合适的结构给出改正后的方案，并进行论证和分析。3、研究条件和可能存在的问题由于对这个课题的认识不是很深刻，只是从一些资料中了解相关的知识，没有真正接触到相关的结构，认识上会有欠缺。由于本课题的研究需要具有大量结构设计的经验和知识，但本人这方面经验欠缺，只有理论知识做基础，这可能为设计的进行带来不便。同时，对设计的经济性、可靠性、实用性都要做系统的考虑，与平时学习不相关。这些都将会对产品评估带来不便。4、预期成果本课题最终以论文形式结题。课题包括缝隙救援生命索的理论基础及缝隙救援生命索的结构设计的内容。5、进度安排（1）开题阶段（第一周）：收集并整理设计所需的相关资料，撰写开题报告；（2）方案论证阶段（第二周）：对系统方案设计及方案论证；（3）详细设计阶段（第三周第九周）：详细阅读并分析设计结构的优缺点；（4）改进设计阶段（第十周第十一周）：工艺审查、提出改进思路和想法；（5）答辩阶段（第十二周第十三周）：撰写说明书，毕业答辩。参考文献1 杨庆华,张立彬,徐生,董晓伟,沈建冰,阮健主编.全气动蠕动机器人. 浙江工业大学.20042刘金国，王超越，李斌，马书根主编. 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学实验室自动变速器结构原理.沈阳：机械工程学报.20063 Rob Buckingham and Andrew Graham.Snaking around in a nuclear jungle.Industrial Robot,Vol.32.NO.2,2005:120-1274 赵国伟, 熊会宾, 黄海, 闫泽红.柔性绳索体展开过程数值模拟及实验. 北京：北京航空航天大学宇航学院.20095 Paap L K ，Dehlwisch M，Klaassen B.GMDSnake：ASemiAutonomous Snakelike Robot .3rd International Symposium on Distributed Autonomous Robotic Systems.1996 6 刘旭东，马履中，陈修祥.采摘机器人执行器气动柔性关节安全性设计. 农业机械学报.20087 刘桂珍，王立权.爬树机器人结构设计及运动分析.哈尔滨工程大学.20068 姜芸, 付庄.一种小型电缆隧道检测机器人设计. 上海：上海交通大学.20099 章军，须文波.人工肌肉多自由度弯曲柔性关节的仿生蛇行机器人.江南大学学报.200610 朱圣领，郭旭红.一种新型蛇形机器人的设计研究.苏州： 苏州大学. 200511 陈丽，王超越，李斌. 蛇行机器人研究现状与发展.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室.200212 王岚.机电接口技术.北京：中央广播电视大学出版社.200313 李庆余，梦广耀.机械制造装备设计.机械工业出版社.201014 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理.高等教育出版社.200615 于骏一，邹青.机械制造技术基础.机械工业出版社.200916董玉红.机械控制工程基础.哈尔滨