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内容简介：

河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称煤矿救生机器人学生姓名鲍占林专业班级08机设-2学号0828070078 一、 选题的目的和意义：目的：矿难灾难发生后, 在废墟中搜寻幸存者, 给予必要的医疗救助, 并尽快救出被困者是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明, 超过48 小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。由于灾难现场情况复杂, 在救援人员自身安全得不到保证的情况下是很难进入现场开展救援工作的。灾难搜救机器人可以很好地解决上述问题。机器人可以在灾难发生后第一时间进入灾难现场寻找幸存者, 对被困人员提供基本的医疗救助服务, 进入救援人员无法进入的现场搜集有关信息并反馈给救援指挥中心等。意义：在矿难发生后提供紧急救援为生命提供保障，为救援队提供幸存者具体位置，在最短时间里制定救援计划，在矿难发生后生命保存最大化二、 国内外研究综述：国外一些国家在发生灾难后利用机器人参加搜救行动的例子很多，而国内的搜索救援行动中，很少见到搜救机器人的影子，在国外救生机器人已经系列化，很早就用于实际的救援之中例如美国911，日本福岛核电站出现了各式各样的钢铁卫士，而在国内汶川大地震中出现的都是救生队员和救生犬，大灾之后24小时的救生黄金时间中各种不稳定因素作用在出发现场救生队员的生命安全甚至都无法得到保障以牵引和运动方式的不同搜救机器人主要可分为以下几类：1 履带式机搜救机器人2 形状可变履带机器人3 位置可变履带机器人4 仿生搜救机器人国内国内救生机器人尚处于初级阶段各项发展还不够完善，与国外救援机器人存在一定差距国内外很多研究机构开展了大量的研究工作,可在灾难现场废墟中狭小空间内搜寻的各类机器人如可变形多态机器人、蛇形机器人等相继被开发出来由中科院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室研制的空中搜索探测机器人、废墟洞穴搜救可变形机器人、废墟表面搜救机器人搜救机器人关键技术问题及发展趋势灾难搜救机器人是一个新兴的研究领域,其使用环境的特殊性对机器人硬件和软件两方面都提出了更高的要求,目前在该领域仍存在很多需要不断探索的技术难题。1 硬件1. 1 移动性/ 机械机构移动性是搜救机器人完成搜救工作的决定因素,机器人移动平台应该能够在恶劣废墟环境中灵活地穿梭于狭小的空间之中,能够翻越障碍,爬楼梯,穿越泥泞的道路等,且机器人的移动不应对周围不稳定结构产生影响,以免发生二次坍塌或爆炸等。此外,机器人还应该具备适应恶劣环境的能力,具有防水、耐高温等能力。1. 2 传感检测装置搜救机器人的主要工作就是通过传感器实现自身的导航、环境信息的获取以及幸存人员的搜寻。由于灾难现场环境的复杂性及不确定性,传统在室内结构化环境中已较成熟的导航算法无法满足救援工作的要求,传统的声纳、激光测距仪等在充满烟雾和灰尘的环境中也很难取得理想的效果。目前搜救机器人主要采用人工控制方式来实现机器人的导航。灾难现场环境信息是确定最佳救援方案,确保救援人员自身安全的关键,常见的环境参数主要有有害气体含量、空气质量、是否有火灾发生等。1. 3 人机通讯方式目前机器人与操作者之间常用的通信方式有无线和电缆两种方式。电缆方式可以通过线缆方便地为机器人提供能量,稳定可靠地实现机器人和操作者之间的信息传送,且当机器人遇阻时通过拖拽使机器人重新投入工作。但电缆方式也存在一定的问题,随着机器人搜寻范围的深入,线缆很容易发生缠绕而影响机器人的移动性。研制收放灵活的电缆卷绕装置是解决目前有线通信方式机器人通讯问题的关键。无线通讯方式的稳定性较难保证,即使在穿透性能最佳的频段,也会由于带宽及各种干扰的影响使得通讯无法正常进行。“911”事件的救援工作证明,无线方式的机器人大约有25 %以上的时间无法正常通讯1 。稳定可靠的通讯方式是当前救援机器人领域需要很好解决的关键问题之一。2 软件2. 1 人机交互和用户界面在灾难现场,搜救机器人的操作者精神高度紧张且需要长时间连续高负荷工作,因此良好的人机交互系统是提高搜救效率、减轻救援人员工作强度的保证。人机交互是通过良好的用户接口来实现的,因此,该接口必须为操作者提供丰富的信息,从而使操作者能够做出最佳判断来对机器人进行控制,通过该人机接口,操作者能很容易地判断机器人的位置、状态等,能够灵活地对机器人本身以及其所携带的有关装置如摄像头、照明装置等进行控制。2. 2 传感器融合由于救援现场环境的复杂性,对传统的室内结构化环境下传感器数据的处理算法不能满足搜救工作的需要如通过视频图像对幸存者的检测,由于灰尘、烟雾等的影响使得识别变得非常困难,通过检测到声音的方向辨别幸存者的方位,也由于现场噪音的影响而变得很困难。2. 3 机器人搜救队由于灾难现场环境的复杂性,需要各种不同的搜救机器人参与救援工作,如MCU 研制的图4 (a) 所示的通过具有较强越障能力的轮式机器人携带蛇行机器人来完成救援工作的机器人。为了缩减搜索遍历时间,组建机器人搜救队是行之有效的办法,各机器人之间相互协调来快速完成搜索工作。目前有不少研究机构在开展多机器人未知环境探索算法的研究工作,并已经有基于结构化未知环境搜索的系统问世12 ,但要真正用于实际救援环境还有很多工作要做。2. 4 传统移动机器人技术的局限性移动机器人在室内结构化环境下的导航、定位、路径规划、地图建立以及未知环境探索等技术经过长期的研究已经基本成熟,但要用于灾难现场的非结构化复杂未知环境的探索还需要进行更深入的研究。目前搜救机器人的控制方式主要以手工操作为主,不追求机器人的完全自治。但为了提高救援水平,缩短搜索时间,完全自主的搜救机器人,尤其是自主机器人搜救队将是发展的方向。三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：技术指标：越障能力，续航能力，抗倾覆能力方法： 轮腿复合运动方式四、 主要参考文献与资料获得情况：Robert L Williams , Brian E Carter, Paolo Gallina,et,al.Dynamic Model with Slip for Wheeled Omni -DirectionalRobots J. IEEE Transaction on Robotics and Automation ,2002（3）：2-9.王利华.机械创新设计中创造性思维的研究J.内蒙古民族大学学报，2005，20（2）:183186五、 毕业设