Разработка мобильного робота для спасательных работ по поиску людей в разрушенных конструкциях

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (СПбНИУ ИТМО)

Кафедра мехатроники

Курсовая работа

по курсу:

«Проектирование и конструирование мехатронных систем»

Тема:

«Разработка мобильного робота для спасательных работ по поиску людей в разрушенных конструкциях»

                                                   Проверил: доцент, к.т.н.

“            “                                      г.

                                                                         Выполнил: студент группы Р4125

“            “                                      г.

Санкт-Петербург 2017 г.

Оглавление:

1. Введение………………………………………………………………………...3

2. Применение поисковых роботов..................…………………………………..4

3. Техническое задание…………….................…………………………………..5

4. Виды мобильных робототехнических устройств для поиска людей в разрушенных конструкциях…………….........................………………………..6

4.1 Робот-змея ACM-R5……………………………..……………………………6

4.2 Робот-спасатель QUINCE…………………………………………………….7

4.3 Робот с искусственными усами-сенсорами SCRATCHbot…………………8

4.4 Робот таракан……………..………………………………………………….11

4.5 Выбор типа робота….…………………………………….…………………14

5. Кинематика и динамика робота………………………….…………………..15

5.1. Анализ кинематики и выбор типа конечностей………..…………………15

5.2. Динамика робота……………………………………………………………18

6.Выбор компонентов устройства……………………………………………...25

6.1. Контроллер…………………………………….…………………………….25

6.2. Сервопривод………………………………………………………….……...26

6.3. Модуль………………………………………………………………….……27

6.4. Питание………………………………………………………………….…...28

6.5. Камера…………………………………………...….…………………….….30

6.6. Управление……………………………………………………...…………...31

7 Потребляемый ток и время работы робота.……………………………...…..33

8 Материал для конструкции…………..…….……………………………...…..34

9. Список литературы……………………………………………………………35

1. Введение:

Несколько лет назад успех ликвидации катастроф и поиск пропавших под завалами людей в огромной степени зависели от человеческого фактора - сноровки и навыков спасателей. Однако сегодня на самых сложных и опасных участках всё чаще работают роботы, спасая этим не только жизни пострадавших, но и самих спасателей.

Как известно, после основной волны рушится большая часть зданий, и поисково-спасательная операция, которая включает в себя людей и собак, отправляется в эти разрушенные конструкции для поиска выживших людей. Наступает волна афтершоков, повторных землетрясений, и может случиться так, что вся команда спасателей сама окажется под обломками. В связи с этим в Японии и начали исследовать спасательно-поисковых роботов, чтобы заменить человека. Теперь вместо команды человека с собакой или группы людей в полуразрушенное здание проникает робот, управляемый телеоператором из безопасного места, и начинает производить поиск людей.

Так 17 января 1995 году одно из крупнейших землетрясений в японском городе Кобе практически полностью снесло поселение с лица Земли. По подсчётам, во время стихийного бедствия погибло 6434 человека. А последствия стихии составили: разрушение 200 000 зданий, 1 км скоростного шоссе Хансин, уничтожение 120 из 150 причалов в порту Кобе, нарушения электроснабжения города. [1] Тогда у японских учёных и возникла мысль, что человек не всегда в состоянии бороться с природой, необходимо искать дополнительных помощников, которые могут справиться в таких случаях.

2. Применение поисковых роботов

Именно роботов использовали для поиска жертв под обломками Глобального торгового центра в Нью-Йорке после теракта 11 сентября 2001 года. Существам, размером с обувную коробку, называемым PackBots, на гусеничном ходу и с краноподобными руками были впервые направлены на развалины Торгового Центра, чтобы раскапывать щебень наравне с обычными людьми. Основными целями роботов был поиск жертв, а так же фотографирование и отсылка изображений для оценки степени плотности строительного мусора в труднодоступных местах.

«Основным условием было то, что там не было физического пространства. Оно было слишком маленьким, что бы собаки или люди смогли туда проникнуть, а даже если бы и смогли, то во многих местах оставались горящие части здания. А это двойной риск», - рассказывает профессор Мерфи.

«Там нет кислорода, поэтому пришлось бы надевать тяжёлое снаряжение. А это слишком жарко. Тем не менее, там всё ещё были пустоты, в которых могли быть выжившие, - говорит она, - а значит, оставался ещё шанс». [2]

Также данный вид робота был использован 18 апреля 2011 года при аварии на АЭС Фукусима-1.

После разрушительного землетрясения в Непале в 2015 году искать людей под завалами камня и щебня спасателям помогал "робот-змея", созданный в недрах израильского университета Технион. Он весит всего семь килограммов, оснащен тепловизором, миниатюрными камерами с 360 градусным обзором и лазерным радаром. Впрочем, спасение людей - не основная специализация робота. Он состоит на вооружении израильской армии в качестве робота-разведчика и используется в условиях городской и подземной войны для проверки и наблюдения в канализации, узких тоннелях или трубах, пещерах, а также разведки поля боя и обнаружения взрывчатки.

Проанализировав частоту природных катаклизмов, террористических угроз, техногенных катастроф и т.п., можно сделать вывод, что разработка робота-поисковика является актуальной, а также перспективной.

3. Техническое задание

Цель: спроектировать мобильного робота-гексапода, предназначенного для проведения поисковых работ. Робот предназначен для работы как внутри, так и вне помещений