【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5月 16 日 13： 30，正在馬爾康至理縣段的古爾溝鎮(zhèn)附近進(jìn) 行光纜搶險(xiǎn)施工的劉建秋同志不幸被理縣突發(fā) 級(jí)強(qiáng)烈余震所造成的山體滑坡飛石擊中，劉建秋當(dāng)即被送入解放軍臨時(shí)醫(yī)療站治療，終因失血過(guò)多，搶救無(wú)效，于今晨 9： 00 犧牲，英年 36 歲。 這樣的血一般的事實(shí)呈現(xiàn)在我們面前，我們要是有機(jī)器人人能提供信號(hào)服務(wù)，能給災(zāi)區(qū)帶來(lái)信號(hào)的話該多好。 我曾經(jīng)看到過(guò)這樣一個(gè)新聞，地震那時(shí)候一則電話拯救了一個(gè) 200 多人的旅游團(tuán)，要是他們打不出那個(gè)電話，他們就會(huì)被餓死，渴死在那個(gè)地方，可見(jiàn)那時(shí)的信號(hào)是多么的寶貴。 電力方面 地震發(fā)生后，電力站必定給毀掉，醫(yī)療，民用，等一系需要用到電 的地方都停止了供電，夜晚就完全的一片漆黑，沒(méi)有燈光，沒(méi)有聲音，死一般的寂靜，還伴隨著一陣陣的余震??當(dāng)救援隊(duì)員來(lái)臨的時(shí)候，醫(yī)療設(shè)備由于沒(méi)有電力供應(yīng)，等同于一堆廢銅爛鐵，在漆黑的夜里也要進(jìn)行救援，因?yàn)闀r(shí)間就是生命，在一開(kāi)始的幾晚里面，都是用微弱的小燈，和靠著月光的亮度進(jìn)行救援的，一塊塊磚塊搬走，要是有電力的供應(yīng)，要是有大型照明設(shè)備多好，電力能給醫(yī)療設(shè)備和一些機(jī)器提供電力供應(yīng)，給人們帶來(lái)光明，光明就相當(dāng)于生命。 要是沒(méi)有電力，災(zāi)區(qū)何等的恐怖。要是醫(yī)院停電了，醫(yī)院的病人會(huì)怎么樣？要是警察局停電了，警察如何工作？等 等一些重要部門(mén)有時(shí)候是不能停電的。 在地震以后，發(fā)電站基本處于癱瘓狀態(tài)了，電力基本就停止供應(yīng)了，要想有發(fā)電設(shè)備也不能馬上投入到使用。要是有個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備進(jìn)入災(zāi)區(qū)，進(jìn)行發(fā)電和產(chǎn)電多好。 地面廢墟方面 地震，海峽，雪災(zāi)，泥石流，等大型災(zāi)難發(fā)生后，地面有許多高高低低，和震塌房子的碎石，掉落地面，有些小型車(chē)輛不能通過(guò)，我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人，可以吧一些地面上的碎石清理出來(lái)，可以讓小車(chē)通過(guò)，這樣就保證了運(yùn)輸線路的暢通，這樣給救援能帶來(lái)方便。運(yùn)用同樣的清理道路功能也可適用清理雪災(zāi)路面?？梢郧謇沓鲆粋€(gè)合適的安全區(qū)域 ，沒(méi)有碎石，也可以給直升飛機(jī)提供一個(gè)安全的起降區(qū)域，避免滿地的廢墟，這樣直升飛機(jī)無(wú)法安全的停下來(lái)。 通訊排障機(jī)器人的設(shè)計(jì) 鑒于這樣的一種種救援遇到的困難，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)的通訊排障機(jī)器人。使實(shí)現(xiàn)以下的一些功能： 信號(hào)是一個(gè)非常關(guān)鍵的東西，在現(xiàn)在的社會(huì)里面，要是沒(méi)有信號(hào)，飛機(jī)不能飛，手機(jī)不能用，對(duì)于災(zāi)區(qū)信號(hào)也尤其的重要，往往一則電話能救出好多人，所以我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人是想把信號(hào)放在第一位，因?yàn)橛辛诵盘?hào)才能有有效的組織，才能有“眼睛”，能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并且找到它，進(jìn)行施救。 這個(gè)有點(diǎn)類(lèi)似于地面移動(dòng)通信的 轉(zhuǎn)發(fā)基站，但是優(yōu)點(diǎn)在于基站在天上，幾乎不受干擾，所以衛(wèi)星通信公司現(xiàn)在宣稱 :只要你站的位置能夠看見(jiàn)太陽(yáng)和月亮，我就能保證你通信沒(méi)有盲區(qū)，隨時(shí)通信 。 而現(xiàn)在，大家都知道，我國(guó)的移動(dòng)和聯(lián)通，包括全世界所有國(guó)家的民用移動(dòng)通信系統(tǒng) 。 都不敢保證絕無(wú)通信盲區(qū)，我們的移動(dòng)公司在中國(guó)因?yàn)槠鸩捷^早，盲區(qū)少一些，現(xiàn)在也只敢說(shuō)全中國(guó)百分之97 以上網(wǎng)絡(luò)覆蓋。而衛(wèi)星通信，則可以保證絕無(wú)盲區(qū)，這個(gè)就是衛(wèi)星電話的優(yōu)勢(shì) 。 可見(jiàn)在災(zāi)區(qū)來(lái)說(shuō)可是一個(gè)救命的稻草，要是我們載發(fā)生災(zāi)難后把衛(wèi)星搬到地上面上保障通訊呢，所以我們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)個(gè)通訊機(jī)器人的總體思 路就誕生了。 雷達(dá)功能主要運(yùn)用在災(zāi)區(qū)沒(méi)有信號(hào)后，一個(gè)通訊保障，它一方面可以給災(zāi)區(qū)的手機(jī)提供信號(hào)來(lái)源，讓手機(jī)信號(hào)直接通過(guò)雷達(dá)信號(hào)的傳輸，在打出去，這樣就能讓手機(jī)有信號(hào)通過(guò)傳輸，還能定位手機(jī)所在的部位，通過(guò)搜救隊(duì)員努力還能進(jìn)行救援。 還有個(gè)功能是提供給救援部隊(duì)用，那些無(wú)線設(shè)備就能靠這個(gè)通訊排障機(jī)器人進(jìn)行相 互之間的通訊了。這樣可以取代一些小和頻率低的工作設(shè)備，這樣一個(gè)設(shè)備能多種用處 還有我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人考慮到災(zāi)區(qū)缺乏電力，我們的機(jī)器人還裝有一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電裝置。太陽(yáng)能發(fā)電裝置不是個(gè)普普通通的就一塊太陽(yáng)能板能搞定的， 我簡(jiǎn)單介紹下整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造 利用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流 220V 或 110V，還需要配置逆變器。 他們之中，太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電 系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。 還有太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)?功能。其他附加功能如光控開(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。 逆變器：在很多場(chǎng)合，都需要提供 220VAC、 110VAC 的交流電源。由于太陽(yáng)能的直接輸出一般都是 12VDC、 24VDC、 48VDC[711]。為能向 220VAC 的電器提供電能，需要將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DCAC 逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)， 也要用到 DCDC 逆變器，如將 24VDC 的電能轉(zhuǎn)換成 5VDC 的電能（注意，不是簡(jiǎn)單的降壓）。 由于我們慧魚(yú)材料的有限性，這次的太陽(yáng)呢實(shí)驗(yàn)沒(méi)能進(jìn)行下去，我們有用了一塊板簡(jiǎn)單的代替了太陽(yáng)能材料，我們只是進(jìn)行一個(gè)演示，說(shuō)明他是一個(gè)可以發(fā)電的裝置，要是真正做起來(lái)也是可行的。 排障功能，也是我們機(jī)器人的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，由于我們給我們所設(shè)計(jì)的機(jī)器人設(shè)計(jì)了一個(gè)會(huì)排障的爪子，在災(zāi)區(qū)地面全是廢墟的時(shí)候，可以利用爪子進(jìn)行排障，當(dāng)前面障礙物少的時(shí)候可以利用車(chē)的推力吧垃圾推到一邊，當(dāng)障礙物累計(jì)到一定量的時(shí)候我們就利用 爪子把障礙排除掉。 通訊排障機(jī)器人公辦工作過(guò)程 現(xiàn)在世界上各種各樣的機(jī)器人越來(lái)越多，也越來(lái)月先進(jìn)，每個(gè)機(jī)器人它的每個(gè)用處都不一樣，有的專門(mén)滅火，有的專門(mén)排爆，有的專門(mén)清理障礙，我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人是專門(mén)提供后勤保障之用的，現(xiàn)在這些機(jī)器人并不多，因?yàn)榇蠹蚁氲亩际侨绾稳ゾ热?，滅火。古人有云“兵馬未動(dòng)，糧草先行”所以說(shuō)，后勤保障是勝利的關(guān)鍵，從這點(diǎn)出發(fā)，我們的機(jī)器人就秉承這個(gè)傳統(tǒng)的理念，做一個(gè)后勤。 我們的通訊排障機(jī)器人是基于通訊，排障，電力照明，太陽(yáng)能發(fā)電結(jié)合一體的機(jī)器人（圖 12）。我們機(jī) 器人整體是力量方方正正的機(jī)器人結(jié)構(gòu)體，形成一輛 向方塊城堡的防御體，在車(chē)的前部有一對(duì)排障用的爪子當(dāng)遇到小型障礙物的時(shí)候利用車(chē)身自己馬達(dá)的動(dòng)力，利用爪子的角度，把障礙物推到一邊，這個(gè)有點(diǎn)像推土機(jī)，他障礙物推到馬路一旁。當(dāng)障礙物累計(jì)到一定的時(shí)候，會(huì)碰到前面的 4 個(gè)接觸開(kāi)關(guān)（圖 13），然后車(chē)輛就會(huì)停止前進(jìn)，閉合著的爪子（圖 14）通過(guò)一個(gè)馬達(dá)帶動(dòng)鏈條，連天帶動(dòng)蝸桿，蝸桿上的蝸桿塊就會(huì)向前移動(dòng)，通過(guò)支撐板支開(kāi)爪子把障礙一起推開(kāi)，同時(shí)清理障礙（圖 15），回收爪子，然后車(chē)輛繼續(xù)前進(jìn)，爪子的這個(gè)部分是一個(gè)自動(dòng)循環(huán)部分， 多用途 機(jī)械排障爪在鏟垃圾過(guò)程中，爪的變形和破壞的形式取決于碎石的狀態(tài)、大小，鏟刀的切削參數(shù)等因素。一般切削角可取 50176?！?70176。清除小型的碎石時(shí)，切削角可稍大些；清除大型的石頭時(shí)，需要較小的切削角。 只要障礙物多了就會(huì)重復(fù)動(dòng)作，他的作用就是清理道路上的廢墟把一條道路清理出來(lái)給后續(xù)部隊(duì)進(jìn)入災(zāi)區(qū)，提供幫助。多用途機(jī)械排障爪是清理地面垃圾的主體部分，是我們?cè)O(shè)計(jì)的排障的一個(gè)主要功能用處，多用途機(jī)械排障爪鏟障礙物的過(guò)程是利用多用途機(jī)械排障爪機(jī)械的方法，將由汽車(chē)推力將路面垃圾與路面分離開(kāi)來(lái)的過(guò)程。 我們車(chē)的主題部分是一個(gè)升 降臺(tái)，（圖 16）平時(shí)不使用雷達(dá)的時(shí)候，人們可以利用它作為一個(gè)運(yùn)輸平臺(tái)，上面可以放一些醫(yī)療、食品、帳篷等一些急需物品，可以利用機(jī)器人把他們帶到災(zāi)區(qū)里面。到到達(dá)后拿下來(lái)物品，我們就可以工作了，開(kāi)始升降臺(tái)上升，通過(guò)前部的馬達(dá)帶動(dòng)齒輪帶動(dòng)蝸桿然后整個(gè)平臺(tái)上升，接著通過(guò)繞線器把尾部的升降臺(tái)往上啦，繩子收縮，拉動(dòng)升降臺(tái)，升降臺(tái)做 90176。翻轉(zhuǎn)（圖 17）。然后隱藏在多功能平臺(tái)下面有兩根柱子也會(huì)升起來(lái)。兩根柱子分別有2 個(gè)獨(dú)立的功能，一個(gè)是雷達(dá)，一個(gè)是大功率照明燈。災(zāi)區(qū)發(fā)生災(zāi)難后通訊幾乎癱瘓，此時(shí)此刻我們的雷達(dá)可以為災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)提供 通訊，可以把災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際災(zāi)難情況第一時(shí)間反饋給指揮部，為營(yíng)救方案提供最及時(shí)的信息。因地震導(dǎo)致電力設(shè)施的毀壞，災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有任何電源，尤其在晚上。晚上沒(méi)有照明設(shè)施會(huì)給救災(zāi)進(jìn)度帶來(lái)很大的不便，我們機(jī)器人有大功率的照明設(shè)施，為災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)提供全方位照明，為在夜間工作帶來(lái)極大的方便。 在整個(gè)車(chē)身上我們安裝了兩個(gè)傳感器，一個(gè)安裝在車(chē)架下方，它是一個(gè)尋跡 傳感器，它是更具光的反射來(lái)進(jìn)行尋跡的，現(xiàn)在的馬路上都有一條白色的線，我們就可以更具反光程度不同，進(jìn)行識(shí)別前進(jìn)。不過(guò)這個(gè)功能適合于掃雪。其他的是道路是它可以按照預(yù)先模擬還的路 線進(jìn)行行走，當(dāng)偏離軌道就可以自動(dòng)尋找路線，從而回到預(yù)先安排好的路線上。還有一個(gè)是光感傳感器，它則是安裝在機(jī)器人的側(cè)面，它的作用是用來(lái)尋找一個(gè)指定的光源，當(dāng)機(jī)器人尋找到預(yù)先設(shè)計(jì)好的光源時(shí)，機(jī)器人就知道已經(jīng)到達(dá)目的地了，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序開(kāi)始工作。 我所構(gòu)思的的機(jī)器人，他和通訊排障機(jī)器人基本構(gòu)思是一樣，主要是覺(jué)得某些地方的不足，然后我進(jìn)行改良，從圖紙和理論上進(jìn)行更正，從圖上看，最明顯的是去掉了機(jī)器人前面的排障用的爪子，還增加了一個(gè)小型探索機(jī)器人，他具有偵查地形。我把地盤(pán)進(jìn)行了改良，原來(lái)的輪子被 我改掉了改成履帶式的了，在災(zāi)區(qū)，輪式的機(jī)器人很難前進(jìn)，畢竟輪式有他致命的弱點(diǎn)，輪胎的損壞，也不能進(jìn)行爬坡，也不能越障，還有下盤(pán)的不穩(wěn)定，容易陷入泥土中，而履帶卻沒(méi)有。而全方面的照明設(shè)備我也在機(jī)器人身上裝了 6 個(gè)，前面 2個(gè)身體四周左邊 2個(gè)右邊兩個(gè)這樣照明的范圍也很廣了。這樣就不會(huì)有盲區(qū)了而背部沒(méi)有裝有燈，應(yīng)為在背部肯定是屬于一個(gè)安全區(qū)域的，多了個(gè)燈也沒(méi)什么用處，背后肯定是屬于自己的安全點(diǎn)，有其他小型照明設(shè)備也夠了。 當(dāng)?shù)卣鸬臅r(shí)候，災(zāi)區(qū)交通肯定完全堵塞，光靠地面很難進(jìn)去的，也很難空投大型開(kāi)拓設(shè)備，因?yàn)椴恢览锩娴?具體情況，而我設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以進(jìn)行空投，后面的軍綠色的是個(gè)降落傘，可以分開(kāi)變成 4朵小傘，分別在通訊排障機(jī)器人的兩側(cè)有 4 個(gè)環(huán)，那個(gè)是掉降落傘用的。這樣能穩(wěn)定的降落在地面。機(jī)器人質(zhì)地輕，面積小，可以通過(guò)這樣的來(lái)把通訊設(shè)備投放去災(zāi)區(qū)，可以利用小型機(jī)器人進(jìn)行地形的偵查。 而頂上的黑色的太陽(yáng)能板充當(dāng)了雷達(dá)防護(hù)板，雷達(dá)不用的時(shí)候可以縮進(jìn)去，保護(hù)好雷達(dá)，避免應(yīng)為落石砸壞了。 8． 通訊排障機(jī)器人個(gè)部位介紹及其運(yùn)動(dòng)分析 下面介紹每個(gè)機(jī)器人重要部位，以及部分的運(yùn)動(dòng)分析 履帶 我設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要是 采用履帶行 走， 履帶就像是給機(jī)器人鋪了一個(gè) 無(wú)限延長(zhǎng)的軌道一樣，使它能夠平穩(wěn)、迅速、安全地通過(guò)各種復(fù)雜路況。由于接地面積大，所以增大了 機(jī)器人 在松軟、泥濘路面上的通過(guò)能力，降低了下陷量。由于履帶板上有花紋并能安裝履刺，所以在雨、雪、冰或上坡等路面上能牢牢地抓住地面，不會(huì)滑轉(zhuǎn)。由于履帶接地長(zhǎng)度 長(zhǎng) ，誘導(dǎo)輪中心位置較高，所以通過(guò)壕溝、垂壁的能力較強(qiáng)， 我所設(shè)計(jì)的機(jī)器人一般能 越壕寬度可達(dá) 60 米左右，因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的機(jī)器人總廠才 120 厘米， 可通過(guò) 25厘米 高的垂直墻。履帶還有一個(gè)特殊功能，在過(guò)河時(shí)，采取潛渡，在河底行走；若是浮渡履帶可以象螺 旋槳一樣產(chǎn)生推進(jìn)力，驅(qū)使車(chē)輛前進(jìn)。 機(jī)器人 重量大，用履帶的話可以減小單位面積壓力，對(duì)路面的要求可以小點(diǎn)。且防御性能和越野性能比輪式要好，輪式結(jié)構(gòu)比履帶簡(jiǎn)單，一般都用于輕裝甲車(chē)輛，公路速度比履帶車(chē)輛好。維護(hù)方面也比履帶簡(jiǎn)單得多 。 而第一代通訊排障機(jī)器人，他擁有爪子可以吧路面的障礙清理掉，也是可以采用輪式的，輪式 車(chē)輛主要是為了在平坦的公路上行駛，而再 地震災(zāi)區(qū) 上是沒(méi)有平坦的道路，只有各式各樣的路況。為了面對(duì)各種路況，而采用履帶式車(chē)輛。這種車(chē)輛的好處是，抓地力強(qiáng)，可以減小 機(jī)器人 對(duì)路面的壓力，防止陷入路面下，再懸 掛系統(tǒng)方面要比輪式車(chē)輛要好，這樣可以使 機(jī)器人 在各種路況下，行駛的的更平穩(wěn)。由于輪胎對(duì)氣壓要求比較高，有時(shí)也很容易出現(xiàn)暴胎，對(duì) 抗震救災(zāi)救援行動(dòng) 很大影響。輪胎和容易陷入泥濘的路面，但是履帶就不會(huì)陷入，由于它與地面的接觸面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輪胎與地面的接觸面積，所以它就不會(huì)陷入泥濘的路面。因此 我設(shè)計(jì)的機(jī)器人 要采用履帶式而不用輪式。 我的機(jī)器人采用的履帶上的輪子的布局是第一個(gè)和最后一個(gè)作為張緊輪使用，使鏈條不會(huì)松動(dòng)，掉下去，從而導(dǎo)致輪子里面的齒輪和履帶的齒條碰撞。 我使用 2 個(gè)主動(dòng)輪（圖 19 從右往左），帶動(dòng)前、中、后，三個(gè) 輪子，這 5個(gè)輪子采用齒輪之間的嚙合傳動(dòng)（圖 20）， 2個(gè)主動(dòng)輪向后轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，帶