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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 手臂動(dòng)作控制的無(wú)線監(jiān)控移動(dòng)機(jī)械手
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)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：
- 本作品拋棄了傳統(tǒng)的操縱桿、鍵盤等人工控制方式，提出一種全新的控制理念，也就是用人的手臂和手部動(dòng)作的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)可移動(dòng)的多自由度機(jī)械手的無(wú)線控制，使操作簡(jiǎn)單、直觀，并適用于一定復(fù)雜環(huán)境；另外，本作品還裝配了用于監(jiān)控的無(wú)線攝像頭，進(jìn)一步擴(kuò)大了本作品的適用范圍，與此同時(shí)，本作品增加了目標(biāo)自動(dòng)定位功能，實(shí)現(xiàn)了一定的智能化，進(jìn)一步提高了工作效率，達(dá)到了一定程度的人工與智能相結(jié)合。 本作品驗(yàn)證了用人手臂動(dòng)作來(lái)控制機(jī)械手是可行的，結(jié)合此種控制方式直觀、簡(jiǎn)單、人性化等優(yōu)點(diǎn)，再對(duì)控制對(duì)象加以更專業(yè)的改進(jìn)，可應(yīng)用于軍事、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著機(jī)械智能化和適應(yīng)性的提高，機(jī)械手臂已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)水平的高低往往反應(yīng)在機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能和復(fù)雜程度上。同時(shí)隨著人機(jī)交互與人工智能變得越來(lái)越重要，人機(jī)結(jié)合如何規(guī)劃成為實(shí)現(xiàn)人機(jī)共存的重要一步。鑒于各種各樣的控制模式，我們?cè)O(shè)計(jì)出用人的手臂和手部動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)可移動(dòng)的多自由度機(jī)械手的無(wú)線控制系統(tǒng)。與此同時(shí)，本作品還提供了目標(biāo)自動(dòng)定位功能，在一定程度上體現(xiàn)了人工與智能相結(jié)合的理念。按系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)劃分，本系統(tǒng)包括移動(dòng)機(jī)械手、手掌及手臂無(wú)線控制模塊、無(wú)線視頻圖像傳輸模塊與目標(biāo)自動(dòng)定位模塊。 輪式移動(dòng)機(jī)械手主要由機(jī)械手部分、小車部分以及主控板三部分構(gòu)成。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。 手掌及臂無(wú)線控制模塊以MSP430F149為控制核心，外接相應(yīng)傳感裝置，置于手套和手臂相關(guān)組件中。 無(wú)線圖像監(jiān)控由無(wú)線攝像頭及接收器、USB視頻采集設(shè)備和上位機(jī)軟件協(xié)同合作實(shí)現(xiàn)。攝像頭置于輪式機(jī)械手上，對(duì)其作業(yè)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。 目標(biāo)自動(dòng)定位模塊由兩個(gè)無(wú)線攝像頭及接收器、USB視頻采集設(shè)備和上位機(jī)軟件協(xié)同合作實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)定位攝像頭置于移動(dòng)機(jī)械手平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作目標(biāo)的定位。 硬件設(shè)計(jì)方面，分別介紹了MSP430F149的最小系統(tǒng)、ADXL202的配置電路以及MSP430F149的數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)和工作原理。 程序設(shè)計(jì)方面，介紹了前后臺(tái)程序結(jié)構(gòu)、一階濾波算法等，IAR FOR MSP430開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫的單片機(jī)程序和C++ Builder開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫的上位機(jī)軟件。
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)目的：改變傳統(tǒng)的搖桿、鍵盤等控制方式，提出一種新的控制理念，用人的手臂和手部動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)械手的無(wú)線控制，操作簡(jiǎn)單、直觀，并適用于一定復(fù)雜環(huán)境；同時(shí)，增加了目標(biāo)自動(dòng)定位功能，實(shí)現(xiàn)了一定的智能化，進(jìn)一步提高了工作效率。 ★基本思路：用人的手臂動(dòng)作和手型姿勢(shì)的變化實(shí)現(xiàn)無(wú)線操控整個(gè)移動(dòng)機(jī)械手，通過(guò)無(wú)線視頻進(jìn)行運(yùn)動(dòng)監(jiān)控，用來(lái)監(jiān)視機(jī)械手作業(yè)環(huán)境、夾持對(duì)象和整個(gè)動(dòng)作過(guò)程，使對(duì)機(jī)械手的控制與操控者的動(dòng)作對(duì)應(yīng)，達(dá)到較好的人機(jī)工效目的。在此基礎(chǔ)之上，另外配備了兩個(gè)用于目標(biāo)定位的無(wú)線攝像頭，提供了目標(biāo)自動(dòng)定位功能供使用者選擇。 ★創(chuàng)新點(diǎn)：機(jī)械臂的操控方式拋棄了傳統(tǒng)的鍵盤、搖桿等方式，通過(guò)觀察攝像頭獲得的視頻圖像，可利用人的手和臂的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪式機(jī)械手動(dòng)作的操控，使操作更為形象和準(zhǔn)確。同時(shí)，本作品還為使用者提供了目標(biāo)自動(dòng)定位功能，移動(dòng)機(jī)械手可以自動(dòng)移動(dòng)到操作目標(biāo)處，等待使用者操作，進(jìn)一步提高了工作效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了一定程度的人工與智能的結(jié)合。 ★關(guān)鍵技術(shù)：⑴動(dòng)作傳感器的設(shè)計(jì)⑵傳感器信息處理⑶無(wú)線數(shù)據(jù)/視頻傳輸⑷低功耗控制系統(tǒng)與監(jiān)控程序設(shè)計(jì)⑸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)與伺服電路設(shè)計(jì)⑹圖像處理技術(shù)的使用等。 ★主要技術(shù)指標(biāo)：⑴四輪驅(qū)動(dòng)的輪式機(jī)械手運(yùn)動(dòng)底盤⑵五自由度可夾持物機(jī)械手⑶基于MSP430超低功耗單片機(jī)的機(jī)械手控制器⑷基于MSP430超低功耗單片機(jī)的手套式動(dòng)作控制器⑸動(dòng)作控制信息數(shù)字化無(wú)線傳輸系統(tǒng)⑹裝載在機(jī)械手上的視頻圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品與普通機(jī)械手相比，最大的特色在于機(jī)械手的操控方式。本作品選擇了用人的手臂和手部動(dòng)作，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，直接?shí)現(xiàn)對(duì)輪式機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)及機(jī)械手動(dòng)作的操作與控制。在攝像頭和視頻圖像無(wú)線傳輸系統(tǒng)地支持下，對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行多方位的觀察與定位，幫助整個(gè)系統(tǒng)完成任務(wù)。該作品可大大提高機(jī)械手的功能和操控的精確性、靈活性，拓寬了機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域，這種先進(jìn)性是傳統(tǒng)機(jī)械手所不能相比的。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品在第七屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽榮獲“特等獎(jiǎng)”。 查新報(bào)告結(jié)論：在所檢索的國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)中，已見(jiàn)有關(guān)利用上位機(jī)鍵盤控制的手動(dòng)機(jī)械手及操縱桿控制的移動(dòng)機(jī)械手等研究的文獻(xiàn)報(bào)道，未見(jiàn)采用手臂動(dòng)作的控制方式，在實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)控的基礎(chǔ)上，應(yīng)用圖像處理技術(shù)，使得移動(dòng)機(jī)械手不僅具備無(wú)線監(jiān)控功能，還具備實(shí)現(xiàn)目標(biāo)自動(dòng)定位功能的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示
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)
- 本作品的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)在于提出了一種全新的控制方法, 使用者通過(guò)佩戴手臂動(dòng)作控制組件，借助手臂和手的動(dòng)作變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)械手運(yùn)行、抓物和搬動(dòng)等動(dòng)作的無(wú)線數(shù)據(jù)通信控制，使機(jī)械手的操作更加直觀、精確和擬人化。同時(shí)，為了提高移動(dòng)機(jī)械手的智能化控制技術(shù)水平，通過(guò)搭載的無(wú)線攝像頭，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位、行進(jìn)搜索和目標(biāo)抵近觀察等功能，使得移動(dòng)機(jī)械手可以自動(dòng)定位并自主運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)近處，使用者隨即可用手臂動(dòng)作控制方式對(duì)機(jī)械手進(jìn)行操作，進(jìn)一步提高了工作效率，使移動(dòng)機(jī)械手具備一定程度的人工智能能力，這是傳統(tǒng)機(jī)械手無(wú)法相比的。 本作品測(cè)控技術(shù)先進(jìn)，用途廣泛，具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，可應(yīng)用于國(guó)防安全、反恐防恐、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，例如：排爆、戰(zhàn)場(chǎng)偵查、危險(xiǎn)品搬運(yùn)等。若經(jīng)改進(jìn)后形成產(chǎn)品，一定會(huì)產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 機(jī)器手是近幾十年來(lái)涌現(xiàn)的一種工業(yè)技術(shù)裝備，它能模仿人體上肢某些動(dòng)作，在生產(chǎn)過(guò)程中代替人搬運(yùn)物件或操持工具進(jìn)行操作。目前，隨著機(jī)械智能化和適應(yīng)性的提高，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，國(guó)內(nèi)外對(duì)于機(jī)械手也有相當(dāng)先進(jìn)的研究水平。 連接在國(guó)際空間站上的1個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)移動(dòng)維修系統(tǒng)MSS的主要部件－加拿大臂，就是一個(gè)功能強(qiáng)大的空間站遠(yuǎn)距離機(jī)械手系統(tǒng)。它可以自我重定位，能用像蠕蟲一樣的動(dòng)作，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的移動(dòng)至空間站的許多部分。 哈工大機(jī)器人研究所、機(jī)器人與機(jī)電一體化研究所研制出的新一代機(jī)器人靈巧手也屬于國(guó)際前沿課題，它是一個(gè)新一代多傳感器、高度集成的機(jī)器人靈巧手。諸如此類的研究，很多都是靠機(jī)器人的自主化、又或者是人工通過(guò)操作桿來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，應(yīng)該說(shuō)這樣的研究在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展到一定的階段。 雖然對(duì)于機(jī)械臂的研究已經(jīng)不是一個(gè)全新的課題，但是對(duì)其的操作監(jiān)控的準(zhǔn)確性、實(shí)用性及現(xiàn)代化依然是我們不斷探索的問(wèn)題?？梢哉f(shuō)機(jī)器人的發(fā)展史也是機(jī)器人控制系統(tǒng)的發(fā)展史。近年來(lái)，隨著服務(wù)機(jī)器人的快速發(fā)展，人與機(jī)器人之間的互動(dòng)問(wèn)題變得越來(lái)越重要，人機(jī)結(jié)合如何規(guī)劃成為實(shí)現(xiàn)人機(jī)共存的重要一步。 在“美伊”戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)派出一批可偵查的高度智能機(jī)器人，由于完全由機(jī)器人“自作主張”，對(duì)一些并非可疑的對(duì)象進(jìn)行襲擊，一個(gè)月后便被全部撤回?？梢?jiàn)，完全的由機(jī)器人自主運(yùn)行，還達(dá)不到最佳的效果。 另外，自從1994 年Ken Goldberg 建立了第一個(gè)基于Internet 的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人系統(tǒng)Mercury Project 后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為領(lǐng)域內(nèi)的前沿和熱點(diǎn)。 我們的作品嘗試將人工控制、智能控制以及計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)控技術(shù)融合在一起，目的是為了更好的讓機(jī)器人為我們服務(wù)。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用水平和國(guó)外還有一定的差距。特別是在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的0.4％，與國(guó)外相比有明顯的差距。鑒于此，我們的作品只要稍加改裝就可以應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。我們希望通過(guò)這樣的嘗試為國(guó)家的機(jī)器人技術(shù)做出自己的一份貢獻(xiàn)，盡管看起來(lái)很微小，卻代表了我們對(duì)創(chuàng)新的不斷追求。
