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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于模塊化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的多形態(tài)機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品通過(guò)把機(jī)器人系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化為若干個(gè)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(jī)器人，并在其上搭建模塊化機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)的多形態(tài)機(jī)器人。從機(jī)器人的模型可知，任何一個(gè)機(jī)器人都可以看作是由若干個(gè)自由度的疊加?；谏鲜鍪聦?shí)，如果將自由度簡(jiǎn)化成一個(gè)機(jī)器人的基本構(gòu)件，那么一個(gè)具有若干個(gè)自由度的機(jī)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(duì)稱的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)構(gòu)件都擁有10個(gè)連接面，可以與多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件進(jìn)行組合裝配形成各種臂式機(jī)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(jī)械強(qiáng)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(jī)器人平臺(tái)提出一種新的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，與其他重構(gòu)機(jī)器人相比，該作品具有正交自由度、機(jī)械強(qiáng)度高、控制方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)表明：本文提出的基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的多形態(tài)機(jī)器人，具有很好的機(jī)械強(qiáng)度、重新組合特性以及靈活的運(yùn)動(dòng)控制特點(diǎn)。能夠通過(guò)模塊化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合裝配出許多不同構(gòu)形的機(jī)器人，并通過(guò)分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 研究機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，使機(jī)器人系統(tǒng)能夠通過(guò)相同標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件組合裝配出各種的機(jī)器人構(gòu)形，并在其上搭建分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)單的搭建機(jī)器人平臺(tái)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在目前的模塊化機(jī)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(qiáng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，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(jī)器人由構(gòu)件組合在一起之后，沒(méi)有很好的柔性，使機(jī)器人的靈活性受到影響。 本作品設(shè)計(jì)了一種可實(shí)現(xiàn)的基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的多形態(tài)機(jī)器人，該標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的機(jī)械結(jié)構(gòu)類似一個(gè)正方體結(jié)構(gòu)，擁有10個(gè)連接面，使機(jī)器人具有更強(qiáng)的重組特性，通過(guò)這些連接面能夠組合裝配出許多不同構(gòu)形的機(jī)器人，例如：蛇形、雙足、四足、履帶構(gòu)形等等。并且組裝后的機(jī)器人構(gòu)形具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和靈活的運(yùn)動(dòng)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(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，使基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化構(gòu)件的多形態(tài)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確的完成具體的工作任務(wù)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)技術(shù)轉(zhuǎn)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 作品使用說(shuō)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(jī)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(guò)本作品設(shè)計(jì)的機(jī)器人上位機(jī)調(diào)試軟件，可以設(shè)計(jì)、調(diào)試、規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指令數(shù)據(jù)，生成一個(gè)控制指令文件。 ③ 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊化機(jī)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(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)到項(xiàng)目開發(fā)目錄下； ② 使用本作品動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)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(jī)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(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生科技實(shí)踐平臺(tái)，及一些特殊的工作場(chǎng)合。 市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)效益 ： 目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，機(jī)器人配件銷售公司在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)份額中所占比例有明顯的上升趨勢(shì)。
同類課題研究水平概述
- 目前，國(guó)外對(duì)可重構(gòu)機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)或可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)主要有兩類：一類是動(dòng)態(tài)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)， 另一類是靜態(tài)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)。（摘自：可重構(gòu)模塊化機(jī)器人現(xiàn)狀和發(fā)展 劉明堯）。 動(dòng)態(tài)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)有：Pamecha和Chirikjian的構(gòu)形變化機(jī)器人系統(tǒng).它是由一套獨(dú)立的機(jī)電模塊組成的. 每個(gè)模塊都有連接/ 脫開及越過(guò)相鄰模塊的功能. 每個(gè)模塊沒(méi)有動(dòng)力. 但允許動(dòng)力和信息輸入且可通過(guò)它輸?shù)较噜從K. 構(gòu)形改變是通過(guò)每個(gè)模塊在相鄰模塊上的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的. 這種系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)自重構(gòu)的能力. 靜態(tài)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)有:Benhabib的模塊化機(jī)器人,提出了基于遙驅(qū)動(dòng)技術(shù)的模塊機(jī)器人單元),驅(qū)動(dòng)方式類似于傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人,認(rèn)為驅(qū)動(dòng)部分太重,影響模塊機(jī)器人的能力,雖然采用該驅(qū)動(dòng)方式使模塊化機(jī)器人柔性降低,但易實(shí)現(xiàn),是一個(gè)折衷的方案.Paredis,Brown和Khosla的可重構(gòu)模塊化機(jī)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(guò)組成這些通用模塊,能夠裝配出各種專用的機(jī)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).
