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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 仿人示教機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 該機(jī)器人是通過對(duì)機(jī)器人和人體運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的有機(jī)結(jié)合體。該作品采用舵機(jī)控制系統(tǒng)，解決了機(jī)械控制不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，并且首次采用17個(gè)舵機(jī)實(shí)現(xiàn)多自由度控制，能更好的模擬人體多種動(dòng)作；整個(gè)控制系統(tǒng)采用開源設(shè)計(jì)，主控程序可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行修改。采用可視化的編程方式，使不懂得程序的用戶也能根據(jù)自己的喜好來控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作；首款將體操教學(xué)和電控編程教學(xué)合為一體的仿人機(jī)器人，也能使編程愛好者學(xué)習(xí)與娛樂相結(jié)合。
- 詳細(xì)介紹：
- 仿人示教機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)俯臥撐、仰臥起坐、競步、交通指揮、、廣播體操、街舞、等復(fù)雜動(dòng)作。整個(gè)控制系統(tǒng)采用開源設(shè)計(jì)，用戶通過自行編程或可視化編程進(jìn)行主控程序的修改。 能在更多青少年中普及機(jī)器人知識(shí)，激發(fā)青少年對(duì)科學(xué)研究的興趣，也能使控制編程愛好者能實(shí)現(xiàn)程序的宏觀模擬運(yùn)行，擺脫枯燥無味的抽象學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)和娛樂有機(jī)相結(jié)合。該作品可以用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，娛樂，各種機(jī)器人比賽等場合，也可以用來做二次開發(fā)，做成專用機(jī)器人。仿人機(jī)器人的市場和前景是廣闊的，所以該作品將會(huì)在市場上煥發(fā)活力與光彩，將會(huì)成為廣大機(jī)器人愛好者的朋友
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)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明目的:為在更多青少年中普及機(jī)器人知識(shí)，激發(fā)青少年對(duì)科學(xué)研究的興趣，使控制編程愛好者能實(shí)現(xiàn)程序的宏觀模擬運(yùn)行，擺脫枯燥無味的抽象學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)科技事業(yè)的發(fā)展，使機(jī)器人更好地為人類服務(wù)。 基本思路：我們經(jīng)過對(duì)當(dāng)前研究狀況進(jìn)行充分的調(diào)查研究和對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的觀察分析，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)多種方案進(jìn)行反復(fù)論證，最終確定了設(shè)計(jì)方案,采用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)制作了這款仿人示教機(jī)器人。 創(chuàng)新點(diǎn)：1.采用舵機(jī)控制系統(tǒng)，解決了機(jī)械控制不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，并且首次采用17個(gè)舵機(jī)實(shí)現(xiàn)多自由度控制，能更好的模擬人體多種動(dòng)作；2.整個(gè)控制系統(tǒng)采用開源設(shè)計(jì)，主控程序可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行修改。采用可視化的編程方式，使不懂得程序的用戶也能根據(jù)自己的喜好來控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作；3.首款將體操教學(xué)和電控編程教學(xué)合為一體的仿人機(jī)器人，也能使編程愛好者學(xué)習(xí)與娛樂相結(jié)合。 技術(shù)關(guān)鍵：該作品的技術(shù)關(guān)鍵在于機(jī)器人與人體仿生學(xué)的結(jié)合，捕獲運(yùn)動(dòng)姿態(tài)規(guī)劃所需要的數(shù)據(jù)以及可視化編程技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)：1.基本動(dòng)作:俯臥撐、前滾翻、后滾翻、側(cè)滾翻、倒立、跳躍等；2.復(fù)雜動(dòng)作：舞蹈、競步、交通指揮、踢足球、模擬廣播體操等；3.連續(xù)工作時(shí)間：30分鐘。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 與現(xiàn)有同類機(jī)器人相比較，該機(jī)器人的突出性特點(diǎn)在于機(jī)器人與人體仿生學(xué)的結(jié)合以及先進(jìn)的可視化編程技術(shù)。 分析以前調(diào)試機(jī)器人行走時(shí)總是讓腳掌水平著地的優(yōu)缺點(diǎn)后，我們采用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)出了這款人形機(jī)器人，在人形機(jī)器人步行動(dòng)作規(guī)劃過程中，參考了人類行走的被動(dòng)特性，將一個(gè)行走步態(tài)周期分為支撐、腳尖立地、擺動(dòng)和伸直四個(gè)階段更有效的利用了機(jī)械勢能使腳被動(dòng)地完成擺動(dòng)過程。優(yōu)化了機(jī)器人的內(nèi)在魯棒性和行走機(jī)械自身的自然動(dòng)態(tài)特性，是機(jī)器人的步伐更加穩(wěn)健，更接近人類走路的姿態(tài) 整個(gè)機(jī)器人采用17個(gè)舵機(jī)控制17個(gè)自由度，能更好的模擬人體各種動(dòng)作,對(duì)某個(gè)示教動(dòng)作進(jìn)行軌跡規(guī)劃時(shí)的操作簡單易行，結(jié)果準(zhǔn)確。另外，控制系統(tǒng)采用開源設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、便于廣大范圍內(nèi)協(xié)作開發(fā)；2、迅速理解系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，以便于進(jìn)一步開發(fā)；3、經(jīng)濟(jì)；4、便于新手學(xué)習(xí)；5、系統(tǒng)運(yùn)行高效。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年12月份，在洛陽理工學(xué)院第三屆大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”中獲一等獎(jiǎng)； 2011年6月份，在河南省第九屆“挑戰(zhàn)杯”中獲得一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
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
- 采用可視化編程及開源設(shè)計(jì)允許用戶進(jìn)行程序編輯，而且操作方便，只需把機(jī)器人通過P0口連接到計(jì)算機(jī)，然后通過可視化編程軟件進(jìn)行程序讀寫操作，軟件中自帶部分程序，用戶也可以自己編輯程序。用戶只需按照按鍵說明進(jìn)行遙控控制，機(jī)器人自身會(huì)把各個(gè)點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行記錄，最后通過計(jì)算機(jī)對(duì)這些點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行處理。與以往捕獲運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和軌跡規(guī)劃的方式相比該方式操作簡單，測得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，對(duì)仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的研究領(lǐng)域具有較高的參考價(jià)值。 該機(jī)器人適應(yīng)范圍廣闊，不僅適應(yīng)于仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的研究領(lǐng)域，也可以供編程愛好者進(jìn)行模擬運(yùn)行，擺脫枯燥無味的抽象學(xué)習(xí)環(huán)境，另外還可以應(yīng)用于體育方面的教學(xué)演示。該仿人示教機(jī)器人具有廣闊的推廣前景，目前同類產(chǎn)品的售價(jià)在5萬元，我們的產(chǎn)品與之相比有很大的成本優(yōu)勢。
同類課題研究水平概述
- 仿人機(jī)器人開始于上世紀(jì)60年代末，只有四十多年的歷史，然而，仿人器人的研究工作進(jìn)展迅速，國內(nèi)外許多學(xué)者正從事于這一領(lǐng)域的研究，如今已成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向之一。 日本在仿人機(jī)器人方面做出了重要嘗試，而其他技術(shù)強(qiáng)國也在機(jī)器人上做了大量工作，但側(cè)重點(diǎn)和運(yùn)用環(huán)境和日本的有較大的不同。以美國為例，美國一直注重智能機(jī)器人和軍用機(jī)器人的研究，研發(fā)出多種功能強(qiáng)大的智能機(jī)器人和軍用機(jī)器人，由于美國的機(jī)器人運(yùn)用偏重于軍事應(yīng)用，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人的功能，所以美國的機(jī)器人在外形上趨于機(jī)器機(jī)構(gòu)，而在外形上沒有做過多的研究。 法國BIP2000計(jì)劃是由法國de Mecaniqe des Soloders de Poitiers實(shí)驗(yàn)室和NRIA機(jī)構(gòu)共同開發(fā)的一種具有15個(gè)自由度的雙足步行機(jī)器人。并建立了一整套具有適應(yīng)未知條件行走的雙足機(jī)器人系統(tǒng)，使用此系統(tǒng)可以使雙足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)站立、行走、爬坡和上下樓梯等復(fù)雜動(dòng)作。 我國的人形機(jī)器人研究起步于1986年啟動(dòng)的國家高技術(shù)計(jì)劃（863計(jì)劃），經(jīng)過二十多年的研究，同樣取得了豐碩的成果。如北京理工大學(xué)研制的機(jī)器人“匯童”有32個(gè)自由度，能打太極拳，會(huì)騰空行走，并能給據(jù)自身的平衡狀態(tài)和地面變化，實(shí)現(xiàn)未知路面的穩(wěn)定行走。國防科技大學(xué)也是我國人形機(jī)器人研究的佼佼者，從1987年至今已經(jīng)完成了四代機(jī)器人樣機(jī)的研制。 清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高等院校和科研機(jī)構(gòu)也在近幾年投入了相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪?，進(jìn)行智能仿人機(jī)器人的研制工作。 現(xiàn)在，我國的研究和日本等技術(shù)強(qiáng)國相比，還是存在不小的差距，比如，發(fā)達(dá)國家的人形機(jī)器人在2003年前后已經(jīng)具備了跑步的能力，而我國目前還停留在跑步狀態(tài)下的步行分析與研究階段。而且，我國的機(jī)器人在實(shí)用性方面和國外也有差距，如日本的ASIMO和QRIO已處于商用階段，而我國人形機(jī)器人目前還處于技術(shù)展示階段。
