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《中国煤炭报》等:救命“蛇”爬向矿难现场
发布人:李小红   供稿人:党委宣传部 发布时间:2010-01-09  打印本文


《中国煤炭报》:图为中央电视台“欢乐中国行魅力太行”走进河南理工大学的晚会现场,蛇形机器人吸引了众多关注的目光。

    2009年12月21日,《中国煤炭报》在第6版以《救命“蛇”爬向矿难现场》为题并配发图片;2009年12月21日,中国安全生产网以《用爱心点亮生命禁区里的希望明灯——河南理工大学“矿用救灾蛇形机器人”诞生记》为题并配发图片;2009年12月17日,青年网以《用爱心点亮生命禁区的明灯——河南理工大学“矿用救灾蛇形机器人”诞生侧记》为题,报道我校机械与动力工程学院研制成功蛇形机器人,并在中南地区港澳特区工程训练学术年会暨第四届大学生创新设计制造大赛上荣获一等奖。相关内容如下:

    《中国煤炭报》2009年12月21日第6版的报道内容如下:

                                    救命“蛇”爬向矿难现场

    矿难发生后,尽快确定被困人员的准确位置是矿难成功救援的前提。如果能有一种机器去探测受困人员的准确位置和详细情况,将极大地增加救援行动的成功率和安全系数。11月12日至14日,河南理工大学师生研制的“矿用救灾蛇形机器人”在中南地区港澳特区工程训练学术年会暨第四届大学生创新设计制造大赛上荣获一等奖。这种蛇形机器人或许能为矿难救援提供帮助。
    这种蛇形机器人可以模拟仿生蛇蜿蜒前进、钻洞越障、爬坡、上楼等近20个动作,并有多种外界信息获取功能,如探测瓦斯气体浓度、红外避障、视觉信息传递等,具备了空间信息获取、探测生命迹象,为救援提供技术支持。
    为给矿难提供技术支持,河南理工大学机械与动力工程学院研究生陈德杰1年前有了制造蛇形机器人的想法。机械与动力工程学院领导对这一想法非常支持,蛇形机器人创新设计团队在师生们的共同努力下应运而生。
    经过1年多的努力和数千次的实验,蛇形机器人才最终研制成功。(徐春浩)

    中国安全生产网2009年12月21日的报道内容如下:

                                用爱心点亮生命禁区里的希望明灯
                        ——河南理工大学“矿用救灾蛇形机器人”诞生记

  “浓烟烈火、炙热高温,房倒屋塌、山崩地裂,生命面临着威胁和挑战,矿难、地震……救援人员都要冒着生命危险去作业,如果能发明一种机器去探测受困人员的准确位置、勘查废墟内的详细情况,那将极大地增加救援行动的成功率、准确率和安全系数。”河南理工大学机械与动力工程学院研究生陈德杰说,“‘矿用救灾蛇形机器人’的诞生就是为了用爱心点亮生命禁区里的希望明灯。”
  11月12日至14日,中南地区港澳特区工程训练学术年会暨第四届大学生创新设计制造大赛举行,全国有57所院校的121件作品参赛,其中,河南理工大学研制的“矿用救灾蛇形机器人”荣获一等奖;10月12日,中央电视台“欢乐中国行•魅力太行”走进河南理工大学,与4万余名师生共庆该校百年盛典。晚会现场,为矿用和地震救援设计的“蛇形机器人”把科技与现实、理想与生活紧密结合,吸引了众多关注的目光……此外,该项作品还荣获第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖、河南省第七届挑战杯一等奖、河南理工大学第三届挑战杯一等奖等殊荣。
灵感来自勘探生命禁区的执著
  探测生命禁区的执著追求激起了灵感的火花。2008年5月12日,四川汶川大地震使数万人失去了生命;2009年2月22日,山西焦煤集团特大瓦斯爆炸事故造成74人死亡,114人受伤……一个个鲜活的生命转瞬消失,搜救工作异常艰难,狭小的空间中是否有生命存在成为搜救的关键。“能多争取一秒钟,被困人员就多一份生还的希望!”看到有些救援人员甚至要靠“趴在土地上闻”的方法找人时,陈德杰的心都碎了,“一定要研制一种能够搜寻特殊环境下信息的机器人。”
  有了想法之后,陈德杰开始搜集相关资料。“体积较大,会受到作业环境狭小的限制;运动形式单一,难以适应复杂未知地貌。怎么办呢?”陈德杰陷入了沉思,“蛇没有‘脚’却能很快前行,身体柔软,运动灵活。‘蛇形机器人’能通过狭小空间,利用人机交互控制实现复杂地矿地貌环境下的时空信息获取,探测生命迹象,争取救援时间。”当现实生活中很多问题难以解决时,人们总是向自然界寻找答案。结合该校地矿研究开发的背景,河南理工大学蛇形机器人创新设计团队在师生们的共同努力下应运而生。
  “刚开始无从下手,需要考虑的问题很多,包括整体设计、思路把握、运动控制、人机搭配、材料选择等,这么庞大的工程需要集思广益、精诚合作。”陈德杰说。学院领导非常支持我们,王小林副院长和院团委书记王伟超想方设法为我们解决资金和实验室问题,在赵武博士的技术指导下,他们的团队踏上了“蛇形机器人”的研制征程。
  “经过一段时间的磨合与了解,我们逐渐认识到了彼此的优点和长处,比如于洪涛擅长电子控制,梁庆辉擅长机构设计等,那么,在研究过程中相关的技术问题就由其负责,充分发挥大家长处,提高团队工作效率。”陈德杰说,“遇到难题,我们一起讨论,寻找原因,探求解决方案,然后反复验证。大家在精神上相互鼓励,技术上相互融合,心理上相互温暖,可以说,在整个研究过程中,我们是充实而快乐的。”
  “一条具有科学性、先进性的‘蛇’不是简单的零件组合,更不会像堆砌砖块那样容易操作。”谈到“机器人”的设计思路,该团队成员之一、河南理工大学机械学院于洪涛同学感慨地说,“我们分析了蛇的多种运动形态:蜿蜒、蠕动、侧摆、攀爬和缠绕等,设计出机器蛇的关节结构,通过Pro/E仿真模拟,设置机器蛇运动模式的相邻和过渡波形,使其身体关节沿合力方向排列,减小前进阻力,实现机器蛇的仿真爬行及三维空间关节运动控制;以此对机器蛇模型进行计算,得到影响其爬行速度的主要参数,通过人机互动实现狭小物理空间环境的内部多维时空信息探测,并能有效传输信息。”
    “每个动作都需几百次试验检测”
  “决定了,就要做好。”陈德杰说。实验开始后,困难重重。不论是时间上、技术上还是资源上,更何况,作为一个课外研究小组,自身学习生活还面临很多问题。“有时我们解决一个技术难题,要整个周末都呆在图书馆,在网上搜索信息更是常常搜到两眼发痛。就像爱迪生寻找理想的灯丝一样,每个动作都要做几百次试验来检测,而机器人最基本的动作就有18个。很多次因为完全投入到调试实验中,错过了就餐时间,有时甚至一连搞几个通宵。”团队成员梁庆辉说,“实验要用一些障碍物,我们不得不自学木工制作;需要买一些特殊的材料,我们奔波于焦作市区的一些五金店之间,一个个店的找,往往一天下来,脚都磨破了;为了加工零件,我们一次次地找学校工程训练中心的师傅,有的零件学校生产不了,焦作也没有工厂能做,几经周折我们不得不跑到郑州……”当时正值冬天,天寒地冻,很多队员的手上都磨出了厚厚的茧子,有的还生了冻疮。就这样,队员们不知熬过了多少个日夜。
  暑假到时,看着同学们一个个返乡的身影,队员们也想家了。“可当我们看到还未完成的作品时,就暗暗鼓励自己,不把梦想变成现实,绝不罢休!”团队成员孙瑞杰激动地说。正值酷暑,他们却整天乐此不疲地呆在一个楼梯下的七八平方米的储藏室改成的实验室里。这里除了一台电风扇外一无所有,甚至没有通风的窗户。“在研制过程中,大家放弃了正常的休息时间,很多时候学院晚上要关门了,当我们被看门的大爷从实验室赶出来时,校园的马路上已是空无一人了,那会儿睡觉成了最奢侈的享受。”于洪涛对当时的情景记忆犹新,“但我们并不认为这是一种困难,相反,我们把它当成了通往成功的阶梯。”
  当第一条“蛇”诞生时,每个队员的眼睛都在闪光,大家迫不及待地把手伸向它,可就在要接触到它的那一刹那,他们的手又都颤抖着缩了回来。大家舍不得碰一下,就像不想伤害一件年代久远的稀世珍宝一样。“后来我们都戴着手套小心翼翼地摸一下它,在我们眼里,它是绝对珍贵的艺术品!”
梦想撑起矿用救灾的希望之翼
  “这种模拟生物蛇的真实运动形态设计研制的仿生机器人在救援、救灾等高风险行业具有广阔的应用前景,对于地震或矿灾后极端环境的探测搜救工作十分有益。”陈德杰说,“它体积小巧,结构合理,能够实现生物蛇和非生物蛇的多种运动方式,并适应复杂地形地貌环境的变化;可深入事故现场,采集有毒有害气体浓度、温度、灾害场景等信息,并及时回传,为救援指挥人员提供重要的决策依据。”
  “在研发过程中,我们真正认识到了理论和实践的关系,刚开始认为书本上写的与实际制作中的并不一致,可是慢慢深入,又发现没有理论的支撑很难做好,将理论和实践相结合,才能学到真本事。”陈德杰感慨地说,“比如机器蛇动作编程时,大家先是靠摆动机器蛇想数据,很久都没有进展,学院赵武博士得知情况后,告诉我们应该建立模型计算分析,运用动力学理论才能得出正确数据,在赵老师的指导下,动作很快就调试出来了。”
  “与其它机器人相比,我们的‘蛇’具有科学性、先进性、适应性和灵活性等特点。它的科学性在于各电路模块具有保证井下瓦斯环境下的本质安全和自安防爆功能;先进性在于它可模拟真蛇的几类生物运动,实现了机器蛇运动模式的多样化;具有模块化、可重组和重心驱动等特点,运动平稳度高,环境适应能力强;独特的攀爬、缠绕及其自锁特性,使其在操作中表现得更加灵活。”
  “我们坚守着一个美丽的梦想,那就是我们的机器人能尽快投入到实际运用,撑起矿用救灾的希望之翼。”在将近一年的艰苦奋斗中,他们共做出了五代“蛇”。经过一次次的改进,一代比一代完善,能完成的动作也更多、更精确、更完美。目前,他们的第五代作品已能模拟仿生蛇平地蜿蜒前进、钻洞越障、爬坡、上楼等近20个动作,并有多种外界信息获取功能,如探测瓦斯气体浓度、红外避障、视觉信息传递等,具备了空间信息获取、探测生命迹象,为救援提供技术支持的基本功能。”
  “这些成绩的取得,虽有我们自己的努力,但更饱含着老师们的心血和汗水。此外,学校为提高学生们的科研能力和综合素质,特别重视创新能力的培养,先后启动了‘挑战杯’大学生课外学术科技作品竞赛、‘步步高’大学生科技活动攀登计划以及大学生科研训练计划等,为我们营造了良好的科研大环境。”队员们感激地说,“今后,我们还将继续研制第6代、第7代……‘蛇形机器人’,不断使它功能更完善、动作更灵活,以更好地适应各种搜救工作。我们还在尝试把它应用于军事、工业、民用等实地探测,未来还有很长的路要走。”(徐春浩)  

    青年网2009年12月17日的报道内容如下:

                                 用爱心点亮生命禁区的明灯
                     ——河南理工大学“矿用救灾蛇形机器人”诞生侧记

    “浓烟烈火、炙热高温,房倒屋塌、山崩地裂,生命面临着威胁和挑战,矿难、地震……救援人员都要冒着生命危险去作业,如果能发明一种机器去探测受困人员的准确位置、勘查废墟内的详细情况,那将极大地增加救援行动的成功率、准确率和安全系数。”河南理工大学机械与动力工程学院研究生陈德杰说,“‘矿用救灾蛇形机器人’的诞生就是为了用爱心点亮生命禁区里的希望明灯。”
    11月12日至14日,中南地区港澳特区工程训练学术年会暨第四届大学生创新设计制造大赛举行,全国有57所院校的121件作品参赛,其中,河南理工大学研制的“矿用救灾蛇形机器人”荣获一等奖;10月12日,中央电视台“欢乐中国行•魅力太行”走进河南理工大学,与4万余名师生共庆该校百年盛典。晚会现场,为矿用和地震救援设计的“蛇形机器人”把科技与现实、理想与生活紧密结合,吸引了众多关注的目光……此外,该项作品还荣获第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖、河南省第七届挑战杯一等奖、河南理工大学第三届挑战杯一等奖等殊荣。
灵感来自勘探生命禁区的执著
    探测生命禁区的执著追求激起了灵感的火花。2008年5月12日,四川汶川大地震使数万人失去了生命;2009年2月22日,山西焦煤集团特大瓦斯爆炸事故造成74人死亡,114人受伤……一个个鲜活的生命转瞬消失,搜救工作异常艰难,狭小的空间中是否有生命存在成为搜救的关键。“能多争取一秒钟,被困人员就多一份生还的希望!”看到有些救援人员甚至要靠“趴在土地上闻”的方法找人时,陈德杰的心都碎了,“一定要研制一种能够搜寻特殊环境下信息的机器人。” 
    有了想法之后,陈德杰开始搜集相关资料。“体积较大,会受到作业环境狭小的限制;运动形式单一,难以适应复杂未知地貌。怎么办呢?”陈德杰陷入了沉思,“蛇没有‘脚’却能很快前行,身体柔软,运动灵活。‘蛇形机器人’能通过狭小空间,利用人机交互控制实现复杂地矿地貌环境下的时空信息获取,探测生命迹象,争取救援时间。”当现实生活中很多问题难以解决时,人们总是向自然界寻找答案。结合该校地矿研究开发的背景,河南理工大学蛇形机器人创新设计团队在师生们的共同努力下应运而生。
    “刚开始无从下手,需要考虑的问题很多,包括整体设计、思路把握、运动控制、人机搭配、材料选择等,这么庞大的工程需要集思广益、精诚合作。”陈德杰说。学院领导非常支持我们,王小林副院长和院团委书记王伟超想方设法为我们解决资金和实验室问题,在赵武博士的技术指导下,他们的团队踏上了“蛇形机器人”的研制征程。
    “经过一段时间的磨合与了解,我们逐渐认识到了彼此的优点和长处,比如于洪涛擅长电子控制,梁庆辉擅长机构设计等,那么,在研究过程中相关的技术问题就由其负责,充分发挥大家长处,提高团队工作效率。”陈德杰说,“遇到难题,我们一起讨论,寻找原因,探求解决方案,然后反复验证。大家在精神上相互鼓励,技术上相互融合,心理上相互温暖,可以说,在整个研究过程中,我们是充实而快乐的。” 
    “一条具有科学性、先进性的‘蛇’不是简单的零件组合,更不会像堆砌砖块那样容易操作。”谈到“机器人”的设计思路,该团队成员之一、河南理工大学机械学院于洪涛同学感慨地说,“我们分析了蛇的多种运动形态:蜿蜒、蠕动、侧摆、攀爬和缠绕等,设计出机器蛇的关节结构,通过Pro/E仿真模拟,设置机器蛇运动模式的相邻和过渡波形,使其身体关节沿合力方向排列,减小前进阻力,实现机器蛇的仿真爬行及三维空间关节运动控制;以此对机器蛇模型进行计算,得到影响其爬行速度的主要参数,通过人机互动实现狭小物理空间环境的内部多维时空信息探测,并能有效传输信息。”
“每个动作都需几百次试验检测”
    “决定了,就要做好。”陈德杰说。实验开始后,困难重重。不论是时间上、技术上还是资源上,更何况,作为一个课外研究小组,自身学习生活还面临很多问题。“有时我们解决一个技术难题,要整个周末都呆在图书馆,在网上搜索信息更是常常搜到两眼发痛。就像爱迪生寻找理想的灯丝一样,每个动作都要做几百次试验来检测,而机器人最基本的动作就有18个。很多次因为完全投入到调试实验中,错过了就餐时间,有时甚至一连搞几个通宵。”团队成员梁庆辉说,“实验要用一些障碍物,我们不得不自学木工制作;需要买一些特殊的材料,我们奔波于焦作市区的一些五金店之间,一个个店的找,往往一天下来,脚都磨破了;为了加工零件,我们一次次地找学校工程训练中心的师傅,有的零件学校生产不了,焦作也没有工厂能做,几经周折我们不得不跑到郑州……”当时正值冬天,天寒地冻,很多队员的手上都磨出了厚厚的茧子,有的还生了冻疮。就这样,队员们不知熬过了多少个日夜。
    暑假到时,看着同学们一个个返乡的身影,队员们也想家了。“可当我们看到还未完成的作品时,就暗暗鼓励自己,不把梦想变成现实,绝不罢休!”团队成员孙瑞杰激动地说。正值酷暑,他们却整天乐此不疲地呆在一个楼梯下的七八平方米的储藏室改成的实验室里。这里除了一台电风扇外一无所有,甚至没有通风的窗户。“在研制过程中,大家放弃了正常的休息时间,很多时候学院晚上要关门了,当我们被看门的大爷从实验室赶出来时,校园的马路上已是空无一人了,那会儿睡觉成了最奢侈的享受。”于洪涛对当时的情景记忆犹新,“但我们并不认为这是一种困难,相反,我们把它当成了通往成功的阶梯。”
    当第一条“蛇”诞生时,每个队员的眼睛都在闪光,大家迫不及待地把手伸向它,可就在要接触到它的那一刹那,他们的手又都颤抖着缩了回来。大家舍不得碰一下,就像不想伤害一件年代久远的稀世珍宝一样。“后来我们都戴着手套小心翼翼地摸一下它,在我们眼里,它是绝对珍贵的艺术品!” 
梦想撑起矿用救灾的希望之翼
    “这种模拟生物蛇的真实运动形态设计研制的仿生机器人在救援、救灾等高风险行业具有广阔的应用前景,对于地震或矿灾后极端环境的探测搜救工作十分有益。”陈德杰说,“它体积小巧,结构合理,能够实现生物蛇和非生物蛇的多种运动方式,并适应复杂地形地貌环境的变化;可深入事故现场,采集有毒有害气体浓度、温度、灾害场景等信息,并及时回传,为救援指挥人员提供重要的决策依据。”
    “在研发过程中,我们真正认识到了理论和实践的关系,刚开始认为书本上写的与实际制作中的并不一致,可是慢慢深入,又发现没有理论的支撑很难做好,将理论和实践相结合,才能学到真本事。”陈德杰感慨地说,“比如机器蛇动作编程时,大家先是靠摆动机器蛇想数据,很久都没有进展,学院赵武博士得知情况后,告诉我们应该建立模型计算分析,运用动力学理论才能得出正确数据,在赵老师的指导下,动作很快就调试出来了。” 
    “与其它机器人相比,我们的‘蛇’具有科学性、先进性、适应性和灵活性等特点。它的科学性在于各电路模块具有保证井下瓦斯环境下的本质安全和自安防爆功能;先进性在于它可模拟真蛇的几类生物运动,实现了机器蛇运动模式的多样化;具有模块化、可重组和重心驱动等特点,运动平稳度高,环境适应能力强;独特的攀爬、缠绕及其自锁特性,使其在操作中表现得更加灵活。”
    “我们坚守着一个美丽的梦想,那就是我们的机器人能尽快投入到实际运用,撑起矿用救灾的希望之翼。”在将近一年的艰苦奋斗中,他们共做出了五代“蛇”。经过一次次的改进,一代比一代完善,能完成的动作也更多、更精确、更完美。目前,他们的第五代作品已能模拟仿生蛇平地蜿蜒前进、钻洞越障、爬坡、上楼等近20个动作,并有多种外界信息获取功能,如探测瓦斯气体浓度、红外避障、视觉信息传递等,具备了空间信息获取、探测生命迹象,为救援提供技术支持的基本功能。”
    “这些成绩的取得,虽有我们自己的努力,但更饱含着老师们的心血和汗水。此外,学校为提高学生们的科研能力和综合素质,特别重视创新能力的培养,先后启动了‘挑战杯’大学生课外学术科技作品竞赛、‘步步高’大学生科技活动攀登计划以及大学生科研训练计划等,为我们营造了良好的科研大环境。”队员们感激地说,“今后,我们还将继续研制第6代、第7代……‘蛇形机器人’,不断使它功能更完善、动作更灵活,以更好地适应各种搜救工作。我们还在尝试把它应用于军事、工业、民用等实地探测,未来还有很长的路要走。”(徐春浩)



 

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