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  2. 奇思妙想

地震救援機(jī)器人

  人類目前還無法準(zhǔn)確地預(yù)知地震的發(fā)生并采取預(yù)防措施,大多是在震后實(shí)施救援。這樣的現(xiàn)狀,使得地震發(fā)生后能迅速有效地實(shí)施救援工作顯得愈加重要。
  災(zāi)難發(fā)生之后存在一個(gè)“救難黃金72小時(shí)”,在此時(shí)間段內(nèi),災(zāi)民的存活率極高。每多挖一塊土,多掘一分地,都可以給傷者生存的機(jī)會(huì)。但是在地震發(fā)生之后,房屋道路往往破壞嚴(yán)重,大型機(jī)械無法進(jìn)入到坍塌的房屋內(nèi)部展開有效救援。一次主震發(fā)生后,還會(huì)有一系列的余震發(fā)生,不僅會(huì)對進(jìn)入救災(zāi)現(xiàn)場的救援人員造成傷害,還會(huì)阻礙救援工作的開展。

地震救援機(jī)器人T


  為了減少不必要的人員傷亡,提高震后救援的效率。遼寧省大連市第九中學(xué)的張文超、王玉玠、陳海諾同學(xué)在趙玉梅老師和許欽泊老師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)制作了地震救援機(jī)器人T。地震救援機(jī)器人T可以在災(zāi)后最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入坍塌的房屋中,自動(dòng)尋找被困人員,并實(shí)施救援。
  在制作救援機(jī)器人過程中,創(chuàng)意小組遇到了很多的問題,經(jīng)過不懈努力,這些問題被一一解決,使得地震救援機(jī)器人T最終達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
  首先,為使救援機(jī)器人能夠適應(yīng)災(zāi)后復(fù)雜的地形環(huán)境,創(chuàng)意小組將機(jī)器人設(shè)計(jì)成履帶驅(qū)動(dòng)方式,使它具有良好的爬坡性能,可以在災(zāi)后凹凸不平的路面上行動(dòng)自如。
  在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠自動(dòng)尋找被困人員的功能時(shí),起初,創(chuàng)意小組決定用溫度傳感器來作為尋找生命體特征的搜尋裝置。但是實(shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)傳感器溫度上升或者下降的時(shí)間和過程非常長。這使得機(jī)器人無法在短時(shí)間內(nèi)檢測到有效溫度。后來通過聯(lián)想紅外線體溫計(jì),選擇使用紅外線傳感器。通過紅外線傳感器進(jìn)行掃描,可以在較短時(shí)間內(nèi)確定生命體特征的位置,達(dá)到快速確定救援方向的效果。
  最難實(shí)現(xiàn)的是如何將壓住被困人員的廢墟抬起。創(chuàng)意小組發(fā)現(xiàn)復(fù)合式杠桿可以用較小的力量將廢墟抬起,但如果直接用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)復(fù)合式杠桿,不但會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)翻轉(zhuǎn),甚至能使馬達(dá)卡住,影響救援。經(jīng)過多次試驗(yàn)后,創(chuàng)意小組選擇使用氣動(dòng)力作為驅(qū)動(dòng)復(fù)合式杠桿的動(dòng)力源,用馬達(dá)帶動(dòng)氣泵,在儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存足夠的空氣,用另外一個(gè)馬達(dá)控制氣閥,最后用氣缸使復(fù)合式杠桿抬起。這種能量傳遞方式,能有效防止抬起廢墟后,廢墟重力過大造成的下壓情況。

地震救援機(jī)器人T正面圖


  解決將廢墟抬起的問題后,創(chuàng)意小組又遇到了新的難題。由于創(chuàng)意小組使用的主控器是樂高頭腦風(fēng)暴系列NXT智能模塊,它只有3個(gè)馬達(dá)輸出端口,無法同時(shí)滿足控制機(jī)器人行進(jìn)和控制儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣、操作氣缸氣閥的要求。創(chuàng)意小組決定使用兩個(gè)主控器進(jìn)行控制,一個(gè)主控器負(fù)責(zé)完成搜尋被困人員方向、使機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行到營救位置;另一個(gè)主控器負(fù)責(zé)完成儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣,控制復(fù)合式杠桿的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)位置,通過操作氣閥方向來驅(qū)動(dòng)復(fù)合式杠桿,完成抬起廢墟的任務(wù)。兩個(gè)控制器之間用藍(lán)牙通信,實(shí)現(xiàn)兩套獨(dú)立操作系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)和互動(dòng)。經(jīng)過對程序的反復(fù)調(diào)試,創(chuàng)意小組用藍(lán)牙通信時(shí)多發(fā)送單接收的方法解決了兩套系統(tǒng)間藍(lán)牙信號接收成功率不高的問題,將兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)變成了一個(gè)統(tǒng)一的整體。
  地震救援機(jī)器人T研制成功以后,創(chuàng)意小組反復(fù)對運(yùn)行程序進(jìn)行了調(diào)試,保證其運(yùn)行的準(zhǔn)確性。

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