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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是模擬多足爬行動物的一種仿生機(jī)器人。針對火災(zāi)、核輻射和礦難等極端環(huán)境的探測而研制。軀體結(jié)構(gòu)分為三部分，各部分之間采用雙聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，具有一定的越障能力。檢測部分采用模塊化配置，根據(jù)需要進(jìn)行搭配，可實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、有害氣體濃度、圖像信息、位置坐標(biāo)等數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)傳送采用RF傳輸方式，擺脫了有線方式對運(yùn)動范圍的限制。本作品具有自動避障的功能，同時也可人工遙控。安裝了GPS模塊提高了運(yùn)動的精確性。
- 詳細(xì)介紹：
- 六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人 摘要：多足機(jī)器人是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，六足機(jī)器人主要用于礦災(zāi)、震災(zāi)后極端環(huán)境下的探測搜救。它可通過狹小空間，通過人機(jī)交互控制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地礦地貌環(huán)境下的時空信息獲取，探測生命跡象，爭取救援時間，提高援救效率。 關(guān)鍵詞：礦災(zāi)火災(zāi) 信息探測 RF傳輸 多足機(jī)器人 仿生學(xué) 作品介紹： 六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人是模擬多足爬行動物運(yùn)動的一種仿生機(jī)器人。針對救災(zāi)、國防、科研和日常生活中各類信息采集任務(wù)而研制。軀體結(jié)構(gòu)分為三部分，各部分之間采用雙聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，具有一定的越障能力。檢測部分采用模塊化配置，根據(jù)不同的任務(wù)需要進(jìn)行搭配，可實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、有害氣體濃度、圖像信息、位置坐標(biāo)等數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)傳送采用RF傳輸方式，擺脫了有線方式對運(yùn)動范圍的限制。六腳搶險救災(zāi)智能機(jī)器人具有自動避障的功能，同時也可人工遙控。安裝了GPS模塊提高了運(yùn)動的精確性。 一.研究背景 在核危機(jī)中，許多現(xiàn)場工作人員受到輻射；在科研中，工作人員難以進(jìn)入狹小的空間給某些方面的信息采集和研究帶來了不便；在軍事上，偵察兵進(jìn)入敵區(qū)探測敵情有很大的生命危險；在恐怖事件中，隨時爆炸的炸彈給排爆人員造成了極大的心理壓力。針對上述難題，本小組投入了對六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人的研究制做，是模擬多交爬行動物的運(yùn)動形態(tài)開發(fā)設(shè)計的一種仿生機(jī)器人，經(jīng)過不斷改進(jìn)，已經(jīng)試制了兩代原理樣機(jī)。 二.目的及意義 六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人針對災(zāi)難現(xiàn)場救援檢測，科研數(shù)據(jù)采集，戰(zhàn)場偵察，公共場所安檢排爆等領(lǐng)域而設(shè)計研制。通過多種信息采集模塊組合搭配，以完成不同的任務(wù)需求。六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人所采集到的數(shù)據(jù)信息通過RF無線發(fā)回控制終端和上位機(jī)，為各種任務(wù)的決策者提供實(shí)時現(xiàn)場信息，從而輔助決策。 三.獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在分析了多足爬行動物的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、后退、觀望等多種運(yùn)動形態(tài)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了機(jī)器人的關(guān)節(jié)，通過Pro/E模擬仿真，設(shè)置其前進(jìn)步伐的跨度和旋轉(zhuǎn)的弧度，確保其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動時各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)穩(wěn)定，同時考慮機(jī)器人腿部的承載能力，以此對機(jī)器人模型進(jìn)行計算，得到其各零部件的設(shè)計參數(shù)和各關(guān)節(jié)的運(yùn)動參數(shù)。 四.控制系統(tǒng)分析 根據(jù)應(yīng)用范圍和需要，本作品控制部分采用雙控制核心協(xié)調(diào)控制，分別用于運(yùn)動步態(tài)的控制和傳感器的檢測，整個控制系統(tǒng)運(yùn)用遙控?zé)o線傳輸方式，控制范圍和精度滿足所需要求。 五.運(yùn)動參數(shù)的分析 依照上位機(jī)調(diào)試的轉(zhuǎn)角，我們進(jìn)行了編程，結(jié)合特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型，六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人前進(jìn)運(yùn)動模式是行之有效的。通過對機(jī)器人每種運(yùn)動形式用Pro/E建模仿真獲取每個電機(jī)運(yùn)動的時序是工作的重點(diǎn)。 六.創(chuàng)新點(diǎn)及先進(jìn)性 創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 機(jī)器人技術(shù)與智能檢測技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了檢測平臺的可移動化和機(jī)器人的儀器化； 2. 多足多節(jié)機(jī)器人模式設(shè)計，各部分之間采用雙環(huán)聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器人運(yùn)動和越障的靈活性。 作品可模擬幾種六足生物運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了六足機(jī)器人運(yùn)動模式的多樣性，使其對環(huán)境的自適應(yīng)能力強(qiáng)；作品結(jié)構(gòu)簡單，具有模塊化和可重組特點(diǎn)，多足爬行的特點(diǎn)使其運(yùn)動更靈活性，運(yùn)動平穩(wěn)度高；六足機(jī)器人通過人機(jī)互動實(shí)現(xiàn)了狹小物理空間環(huán)境的內(nèi)部多維時空信息探測，并能有效傳輸。六足機(jī)器人獨(dú)特的攀爬和翻越障礙的特性，使其在實(shí)際礦災(zāi)搜救的任務(wù)中能表現(xiàn)得更靈活。 七.研究應(yīng)用前景分析 研究前景： 1.提高機(jī)器人的智能性，使其能夠通過GPS自動到達(dá)設(shè)定的坐標(biāo)。 2.把機(jī)器人各個模塊進(jìn)行封裝，使其能夠防水防火防爆，增強(qiáng)其對環(huán)境的適應(yīng)性。 3.改善機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，使其在進(jìn)行各種動作的時候能夠更加的靈活。 應(yīng)用前景： 煤礦采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊牟蓸雍头治觯坏V災(zāi)、火災(zāi)、核輻射等事故后極端環(huán)境下的搜救及信息探測；軍事偵察、地下管道等非結(jié)構(gòu)環(huán)境下作業(yè)。六足機(jī)器人還可利用其良好的環(huán)境適應(yīng)能力在未來的星球探測中扮演重要角色。
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(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：針對礦難、核輻射、火災(zāi)等極端環(huán)境的探測和搜救工作，以及進(jìn)入狹小空間進(jìn)行科研探索的難題，本小組投入了對六足搶險救災(zāi)智能機(jī)器人的研究制作。 基本思路：模擬多足爬行動物的運(yùn)動形態(tài)，設(shè)計多足多節(jié)爬行智能機(jī)器人；采用GPS技術(shù)和無線傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動定位控制和檢測信息實(shí)時傳輸；利用終端實(shí)時獲取機(jī)器人工作現(xiàn)場圖像信息和檢測參數(shù)信息。 創(chuàng)新點(diǎn)：機(jī)器人技術(shù)與智能檢測技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了檢測平臺的可移動化和機(jī)器人的儀器化；多足多節(jié)機(jī)器人模式設(shè)計，各部分之間采用雙環(huán)聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器人運(yùn)動和越障的靈活性。 技術(shù)關(guān)鍵：六足機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計；非結(jié)構(gòu)環(huán)境下各種運(yùn)動步調(diào)中運(yùn)動參數(shù)與時序的獲取；現(xiàn)場環(huán)境信息的采集和反饋。 技術(shù)指標(biāo)：系統(tǒng)工作電壓：9V ±0.5V；無線射頻收發(fā)模塊工作電壓：1.9—3.6V；GPS工作電壓：5V±0.5V；系統(tǒng)工作環(huán)境溫度：-30℃～70℃ ； 無線傳輸工作頻率：2.4—2.5GHZ；無線傳輸距離：100m；攝像視角范圍≦240°；視覺傳輸距離20-100m;
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性： 本作品行走時總有三腳著地，穩(wěn)定性好，能適應(yīng)較小崎嶇的路面；設(shè)計有云臺結(jié)構(gòu)并配置無線攝像裝置，操作人員能夠適時掌握現(xiàn)場的視覺景象；通過加載有不同的傳感器得到的現(xiàn)場信息，為決策提供依據(jù)；采用主動式紅外探測通過電平變化實(shí)現(xiàn)自動避障；采用2.4G無線通信控制，能夠遠(yuǎn)距離多通道雙向傳輸數(shù)據(jù)；各電路板模塊化設(shè)計并與機(jī)體分離，便于對電路部分進(jìn)行封裝。 作品的先進(jìn)性： 本作品機(jī)身分離，各部分之間采用雙聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有六足機(jī)器人機(jī)身一體，轉(zhuǎn)動緩慢和只能在平整的路面上行走的缺點(diǎn)；裝載了多種不同的傳感器和GPS定位裝置，信息采集較全面；設(shè)計了云臺結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)有的攝像頭的視角范圍由55°擴(kuò)大到235°。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在第五屆河南理工大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得一等獎； 在第九屆挑戰(zhàn)杯“贏響中原”河南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得贏響中原最具投資創(chuàng)意獎；
作品所處階段
- 作品處于中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本作品已經(jīng)與深圳市德普施科技有限公司（武漢分公司）簽署技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，授予其使用權(quán)。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；圖紙；磁盤；現(xiàn)場演示；圖片；錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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
- 使用說明： 本作品在通電后，內(nèi)部程序開始運(yùn)行，當(dāng)機(jī)器人上的無線模塊接收到遙控器發(fā)送來的控制信號后執(zhí)行相應(yīng)的動作，運(yùn)動過程中紅外探頭進(jìn)行探測避障。機(jī)身裝載傳感器及攝像頭等功能模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送回控制終端并顯示。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： 本作品采用無線通信，機(jī)器人能夠自由快速地完成更多動作；能夠進(jìn)行智能巡航?jīng)Q策，也能無線控制機(jī)器人動作，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整改變巡航路線等；攝像頭模塊使控制人員能夠適時了解機(jī)器人周圍的環(huán)境；GPS模塊能在無法觀測的地方對機(jī)器人位置的確定；各個傳感器模塊可根據(jù)需要自由組合安裝。 應(yīng)用范圍： 由于采用模塊化的設(shè)計思路，機(jī)器人只需根據(jù)需要自由組合傳感模塊便可完成多種任務(wù)。如礦區(qū)瓦斯?jié)舛葯z測，核輻射現(xiàn)場的檢測，火災(zāi)現(xiàn)場的探測，機(jī)場可疑物品的觀察，以及科學(xué)考察等。 市場分析及推廣： 機(jī)器人采取模塊化設(shè)計思路，各功能部分可單獨(dú)加裝，從而降低了購買成本，只需購買相應(yīng)的功能模塊以及程序即可。機(jī)器人以及各功能模塊主要靠程序驅(qū)動，所以機(jī)器人可進(jìn)行升級維護(hù)。
同類課題研究水平概述
- 日本是機(jī)器人研究大國，對六足機(jī)器人的研究處于世界領(lǐng)先水平。并開發(fā)了多種六足機(jī)器人。 美國是世界上最早開始研究多足機(jī)器人的國家。1977年美國俄亥俄州立大學(xué)研制了六足步行機(jī)器人OSU Hexapod。該機(jī)器人的關(guān)節(jié)呈空間布置，除了直進(jìn)以外，還具有回轉(zhuǎn)、橫向步行和障礙避免的功能。1985年，該大學(xué)Waldron又開發(fā)了另一種代號為ASV的自適應(yīng)懸掛式六足步行機(jī)模型。1990年卡內(nèi)基美隆大學(xué)的Whittaker研制了用于外星探測的六足步行機(jī)Ambler。該機(jī)器人機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是軀體分成兩部分，腿可從中間穿過，從而使得后部的腿可邁到前部。20世紀(jì)末，美國羅克威爾公司在DARPA的資助下，研制出用于探測海邊地雷的螃蟹形水下步行機(jī)器人。在對昆蟲步態(tài)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，美國2000年研制出六足仿生步行機(jī)器人Biobot。 中國從20世紀(jì)80年代開始對六足步行機(jī)器人進(jìn)行研究，并取得了一系列可喜的成果。錢晉武博士研究了地壁兩用六足步行機(jī)器人，進(jìn)行了步態(tài)和運(yùn)動學(xué)方面的研究。近年，北京航空航天大學(xué)對星球探測車進(jìn)行了研究，提出九自由度六足全方位步行月球車。1990年，中科院沈陽自動化所研制出全方位六足步行機(jī)。該機(jī)器人不僅能在平地上步行，還能上樓梯。2000年，他們開發(fā)了一種形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動的微型六足步行機(jī)器人，機(jī)器人的肢體布局和結(jié)構(gòu)符合仿生學(xué)原理，輪廓尺寸為25mm×25mm×25mm。2002年，對SMA驅(qū)動的微型六足步行機(jī)器人進(jìn)行了改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計了雙三足機(jī)器人的身體轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，并首次提出組合偏動SMA驅(qū)動器，使機(jī)器人的剛性軀體柔性化，從而實(shí)現(xiàn)了微型雙三足步行機(jī)器人(MDTWR)的全方位運(yùn)動。2002年，顏國正教授等研制出一種新的六足微型機(jī)器人。該機(jī)器人基于仿生學(xué)的原理，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計獨(dú)特，能前進(jìn)和后退。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該機(jī)器人有較好機(jī)動性能。2003年哈爾濱工程大學(xué)進(jìn)行了兩棲仿生機(jī)械螃蟹的研究和開發(fā)。 六足機(jī)器人目前在國內(nèi)外的七大研究方向： （1）不平地面行走的步態(tài)研究； （2）輪足組合式步行機(jī)器人； （3）微型步行機(jī)器人； （4）仿生步行機(jī)器人； （5）提高載重/自重比； （6）自我定位和自動導(dǎo)航技術(shù)； （7）傳感技術(shù)和多傳感器的信息融合技術(shù)。
