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基本信息
- 項目名稱：
- 基于模塊化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件實現(xiàn)的多形態(tài)機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品通過把機器人系統(tǒng)模型簡化為若干個標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的不同組合裝配，得到各種構(gòu)形的機器人，并在其上搭建模塊化機器人分布式控制系統(tǒng)，根據(jù)具體的工作任務(wù)和工作環(huán)境，組合裝配出相應(yīng)的機器人構(gòu)形完成具體的工作任務(wù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品提出一種基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件實現(xiàn)的多形態(tài)機器人。從機器人的模型可知，任何一個機器人都可以看作是由若干個自由度的疊加?；谏鲜鍪聦?，如果將自由度簡化成一個機器人的基本構(gòu)件，那么一個具有若干個自由度的機器人就可以轉(zhuǎn)化成等量的標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的疊加。 本作品提出的標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件采用對稱的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個構(gòu)件都擁有10個連接面，可以與多個標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件進(jìn)行組合裝配形成各種臂式機器人構(gòu)形，且構(gòu)件之間的連接面均為平面，具有可靠的機械強度。其控制系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，使標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件可以直接掛接在控制總線上進(jìn)行控制。 本作品為搭建機器人平臺提出一種新的實現(xiàn)技術(shù)，與其他重構(gòu)機器人相比，該作品具有正交自由度、機械強度高、控制方式靈活等優(yōu)點。在未知環(huán)境，多變環(huán)境以及不規(guī)則的復(fù)雜空間中，其簡捷快速組合裝配，高自由度都呈現(xiàn)很大的應(yīng)用優(yōu)越性，在環(huán)境陌生、多變的航空、軍事領(lǐng)域以及高自由度要求的排爆清潔等環(huán)境中普遍適用。 實驗表明：本文提出的基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件實現(xiàn)的多形態(tài)機器人，具有很好的機械強度、重新組合特性以及靈活的運動控制特點。能夠通過模塊化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合裝配出許多不同構(gòu)形的機器人，并通過分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)相應(yīng)的運動控制，在很多特殊環(huán)境下都可適用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 研究機器人的標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件設(shè)計及控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，使機器人系統(tǒng)能夠通過相同標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件組合裝配出各種的機器人構(gòu)形，并在其上搭建分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)快速、簡單的搭建機器人平臺。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在目前的模塊化機器人研究成果中，許多研究成果都能夠?qū)崿F(xiàn)重構(gòu)功能，但是結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，加工困難、成本高。并且由于連接部件都很脆弱，不能承受較強的機械運動，也就不能表現(xiàn)出很好的力學(xué)特性。而且由于結(jié)構(gòu)和功能的限制，大多數(shù)模塊化機器人由構(gòu)件組合在一起之后，沒有很好的柔性，使機器人的靈活性受到影響。 本作品設(shè)計了一種可實現(xiàn)的基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的多形態(tài)機器人，該標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的機械結(jié)構(gòu)類似一個正方體結(jié)構(gòu)，擁有10個連接面，使機器人具有更強的重組特性，通過這些連接面能夠組合裝配出許多不同構(gòu)形的機器人，例如：蛇形、雙足、四足、履帶構(gòu)形等等。并且組裝后的機器人構(gòu)形具有很強的機械強度和靈活的運動特性，并且在其上搭建的分布式控制系統(tǒng)能夠非常方便的對機器人進(jìn)行運動控制，使基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的多形態(tài)機器人能夠準(zhǔn)確的完成具體的工作任務(wù)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無技術(shù)轉(zhuǎn)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 作品使用說明 ： 主要由指令模式和邏輯模式兩種工作方式。 指令模式： ① 根據(jù)機器人的具體工作環(huán)境及任務(wù)需求，使用標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的組合裝配。 ② 通過本作品設(shè)計的機器人上位機調(diào)試軟件，可以設(shè)計、調(diào)試、規(guī)劃機器人的運動控制指令數(shù)據(jù)，生成一個控制指令文件。 ③ 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊化機器人主控制器，完成具體的工作任務(wù)。 邏輯模式： ① 搭建基于Qt的嵌入式開發(fā)環(huán)境，解壓本作品提供的動態(tài)鏈接庫到項目開發(fā)目錄下； ② 使用本作品動態(tài)鏈接庫里提供的各種API函數(shù)，生成基于主控制的可執(zhí)行文件。 ③ 將生成的可執(zhí)行文件導(dǎo)入主控制器，即可控制機器人完成工作任務(wù)。 應(yīng)用范圍及前景 ： 目前。該作品可以成熟的應(yīng)用于各種機器人教學(xué)平臺，學(xué)生科技實踐平臺，及一些特殊的工作場合。 市場分析及經(jīng)濟(jì)效益 ： 目前，國內(nèi)市場中，機器人配件銷售公司在市場經(jīng)濟(jì)份額中所占比例有明顯的上升趨勢。
同類課題研究水平概述
- 目前，國外對可重構(gòu)機器人系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。已經(jīng)開發(fā)的模塊化機器人系統(tǒng)或可重構(gòu)機器人系統(tǒng)主要有兩類：一類是動態(tài)可重構(gòu)機器人系統(tǒng)， 另一類是靜態(tài)可重構(gòu)機器人系統(tǒng)。（摘自：可重構(gòu)模塊化機器人現(xiàn)狀和發(fā)展 劉明堯）。 動態(tài)可重構(gòu)機器人系統(tǒng)有：Pamecha和Chirikjian的構(gòu)形變化機器人系統(tǒng).它是由一套獨立的機電模塊組成的. 每個模塊都有連接/ 脫開及越過相鄰模塊的功能. 每個模塊沒有動力. 但允許動力和信息輸入且可通過它輸?shù)较噜從K. 構(gòu)形改變是通過每個模塊在相鄰模塊上的移動來實現(xiàn)的. 這種系統(tǒng)具有動態(tài)自重構(gòu)的能力. 靜態(tài)可重構(gòu)機器人系統(tǒng)有:Benhabib的模塊化機器人,提出了基于遙驅(qū)動技術(shù)的模塊機器人單元),驅(qū)動方式類似于傳統(tǒng)的工業(yè)機器人,認(rèn)為驅(qū)動部分太重,影響模塊機器人的能力,雖然采用該驅(qū)動方式使模塊化機器人柔性降低,但易實現(xiàn),是一個折衷的方案.Paredis,Brown和Khosla的可重構(gòu)模塊化機器人系統(tǒng)(RMMS),它利用一套可交換的不同尺寸和特性的連桿和關(guān)節(jié)模塊,通過組成這些通用模塊,能夠裝配出各種專用的機器人,這種系統(tǒng)特別適用于可重構(gòu),并且考慮了軟件可重構(gòu).
