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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 六足搶險(xiǎn)救災(zāi)智能機(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A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是模擬多足爬行動(dòng)物的一種仿生機(jī)器人。針對(duì)火災(zāi)、核輻射和礦難等極端環(huán)境的探測(cè)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(cè)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(duì)運(yùn)動(dòng)范圍的限制。本作品具有自動(dòng)避障的功能，同時(shí)也可人工遙控。安裝了GPS模塊提高了運(yùn)動(dòng)的精確性。
- 詳細(xì)介紹：
- 六足搶險(xiǎn)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(cè)搜救。它可通過(guò)狹小空間，通過(guò)人機(jī)交互控制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地礦地貌環(huán)境下的時(shí)空信息獲取，探測(cè)生命跡象，爭(zhēng)取救援時(shí)間，提高援救效率。 關(guān)鍵詞：礦災(zāi)火災(zāi) 信息探測(cè) RF傳輸 多足機(jī)器人 仿生學(xué) 作品介紹： 六足搶險(xiǎn)救災(zāi)智能機(jī)器人是模擬多足爬行動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的一種仿生機(jī)器人。針對(duì)救災(zāi)、國(guó)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(cè)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(duì)運(yùn)動(dòng)范圍的限制。六腳搶險(xiǎn)救災(zāi)智能機(jī)器人具有自動(dòng)避障的功能，同時(shí)也可人工遙控。安裝了GPS模塊提高了運(yùn)動(dòng)的精確性。 一.研究背景 在核危機(jī)中，許多現(xiàn)場(chǎng)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(lái)了不便；在軍事上，偵察兵進(jìn)入敵區(qū)探測(cè)敵情有很大的生命危險(xiǎn)；在恐怖事件中，隨時(shí)爆炸的炸彈給排爆人員造成了極大的心理壓力。針對(duì)上述難題，本小組投入了對(duì)六足搶險(xiǎn)救災(zāi)智能機(jī)器人的研究制做，是模擬多交爬行動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)形態(tài)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一種仿生機(jī)器人，經(jīng)過(guò)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(xiǎn)救災(zāi)智能機(jī)器人針對(duì)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)救援檢測(cè)，科研數(shù)據(jù)采集，戰(zhàn)場(chǎng)偵察，公共場(chǎng)所安檢排爆等領(lǐng)域而設(shè)計(jì)研制。通過(guò)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(xiǎn)救災(zāi)智能機(jī)器人所采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)RF無(wú)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(shí)現(xiàn)場(chǎng)信息，從而輔助決策。 三.獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在分析了多足爬行動(dòng)物的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、后退、觀望等多種運(yùn)動(dòng)形態(tài)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了機(jī)器人的關(guān)節(jié)，通過(guò)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(dòng)時(shí)各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)穩(wěn)定，同時(shí)考慮機(jī)器人腿部的承載能力，以此對(duì)機(jī)器人模型進(jìn)行計(jì)算，得到其各零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)和各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)步態(tài)的控制和傳感器的檢測(cè)，整個(gè)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(dòng)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(xiǎn)救災(zāi)智能機(jī)器人前進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式是行之有效的。通過(guò)對(duì)機(jī)器人每種運(yùn)動(dòng)形式用Pro/E建模仿真獲取每個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的時(shí)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(cè)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)平臺(tái)的可移動(dòng)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(jì)，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(dòng)和越障的靈活性。 作品可模擬幾種六足生物運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了六足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模式的多樣性，使其對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)能力強(qiáng)；作品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)更靈活性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)度高；六足機(jī)器人通過(guò)人機(jī)互動(dòng)實(shí)現(xiàn)了狹小物理空間環(huán)境的內(nèi)部多維時(shí)空信息探測(cè)，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(guò)GPS自動(dòng)到達(dá)設(shè)定的坐標(biāo)。 2.把機(jī)器人各個(gè)模塊進(jìn)行封裝，使其能夠防水防火防爆，增強(qiáng)其對(duì)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(dòng)作的時(shí)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?；礦災(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(cè)；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(lái)的星球探測(cè)中扮演重要角色。
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)
- 目的：針對(duì)礦難、核輻射、火災(zāi)等極端環(huán)境的探測(cè)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(duì)六足搶險(xiǎn)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(dòng)物的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，設(shè)計(jì)多足多節(jié)爬行智能機(jī)器人；采用GPS技術(shù)和無(wú)線傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位控制和檢測(cè)信息實(shí)時(shí)傳輸；利用終端實(shí)時(shí)獲取機(jī)器人工作現(xiàn)場(chǎng)圖像信息和檢測(cè)參數(shù)信息。 創(chuàng)新點(diǎn)：機(jī)器人技術(shù)與智能檢測(cè)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)平臺(tái)的可移動(dòng)化和機(jī)器人的儀器化；多足多節(jié)機(jī)器人模式設(shè)計(jì)，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(dòng)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(jì)；非結(jié)構(gòu)環(huán)境下各種運(yùn)動(dòng)步調(diào)中運(yùn)動(dòng)參數(shù)與時(shí)序的獲??；現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(wú)線傳輸工作頻率：2.4—2.5GHZ；無(wú)線傳輸距離：100m；攝像視角范圍≦240°；視覺(jué)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(shí)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(jì)有云臺(tái)結(jié)構(gòu)并配置無(wú)線攝像裝置，操作人員能夠適時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的視覺(jué)景象；通過(guò)加載有不同的傳感器得到的現(xiàn)場(chǎng)信息，為決策提供依據(jù)；采用主動(dòng)式紅外探測(cè)通過(guò)電平變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障；采用2.4G無(wú)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(jì)并與機(jī)體分離，便于對(duì)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(dòng)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(jì)了云臺(tái)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(jiǎng)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(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)； 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(jìng)賽中獲得贏響中原最具投資創(chuàng)意獎(jiǎng)；
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(pán)；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片；錄像
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)
- 使用說(shuō)明： 本作品在通電后，內(nèi)部程序開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)機(jī)器人上的無(wú)線模塊接收到遙控器發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中紅外探頭進(jìn)行探測(cè)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(shì)： 本作品采用無(wú)線通信，機(jī)器人能夠自由快速地完成更多動(dòng)作；能夠進(jìn)行智能巡航?jīng)Q策，也能無(wú)線控制機(jī)器人動(dòng)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(shí)了解機(jī)器人周圍的環(huán)境；GPS模塊能在無(wú)法觀測(cè)的地方對(duì)機(jī)器人位置的確定；各個(gè)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(jì)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(cè)，核輻射現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)，機(jī)場(chǎng)可疑物品的觀察，以及科學(xué)考察等。 市場(chǎng)分析及推廣： 機(jī)器人采取模塊化設(shè)計(jì)思路，各功能部分可單獨(dú)加裝，從而降低了購(gòu)買(mǎi)成本，只需購(gòu)買(mǎi)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(dòng)，所以機(jī)器人可進(jìn)行升級(jí)維護(hù)。
同類課題研究水平概述
- 日本是機(jī)器人研究大國(guó)，對(duì)六足機(jī)器人的研究處于世界領(lǐng)先水平。并開(kāi)發(fā)了多種六足機(jī)器人。 美國(guó)是世界上最早開(kāi)始研究多足機(jī)器人的國(guó)家。1977年美國(guó)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(kāi)發(fā)了另一種代號(hào)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(cè)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(guò)，從而使得后部的腿可邁到前部。20世紀(jì)末，美國(guó)羅克威爾公司在DARPA的資助下，研制出用于探測(cè)海邊地雷的螃蟹形水下步行機(jī)器人。在對(duì)昆蟲(chóng)步態(tài)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，美國(guó)2000年研制出六足仿生步行機(jī)器人Biobot。 中國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始對(duì)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(qián)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(dòng)學(xué)方面的研究。近年，北京航空航天大學(xué)對(duì)星球探測(cè)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(yáng)自動(dòng)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(kāi)發(fā)了一種形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動(dòng)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(duì)SMA驅(qū)動(dòng)的微型六足步行機(jī)器人進(jìn)行了改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了雙三足機(jī)器人的身體轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，并首次提出組合偏動(dòng)SMA驅(qū)動(dòng)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(dòng)。2002年，顏國(guó)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(jiǎn)單，設(shè)計(jì)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(dòng)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(kāi)發(fā)。 六足機(jī)器人目前在國(guó)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(dòng)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)。
