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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于英特爾酷睿雙核遠(yuǎn)程無(wú)線反恐機(jī)器人
- 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：
- 該遠(yuǎn)程無(wú)線反恐機(jī)器人是基于Intel Core Duo雙核和研祥EC5-1719CLDNA單板電腦研發(fā)而成。它主要應(yīng)用于危險(xiǎn)環(huán)境及狹小區(qū)域的檢測(cè)以及危險(xiǎn)物品的排除，根據(jù)前方反饋的視頻信息遠(yuǎn)程控制排爆作業(yè)，使排爆人員的生命安全得以很好的保障。
- 詳細(xì)介紹：
- 該機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、無(wú)線通信以及圖像處理等多項(xiàng)領(lǐng)域。其具有三大功能：遠(yuǎn)程排爆、實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息反饋。我們使用三大開發(fā)平臺(tái)完成了軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)工作，分別為Visual Basic 6.0，ARM Developer Suite v1.2，Visual C++ 6.0(使用了Intel C++ 9.0編譯器)，同時(shí)使用研祥工業(yè)單板電腦保證了機(jī)器人在惡劣的氣候條件下的適應(yīng)能力，使用雙履帶車體設(shè)計(jì)提高了機(jī)器人對(duì)復(fù)雜地面的適應(yīng)能力。 我們成功的實(shí)現(xiàn)了在微小型的尺寸下高密度的驅(qū)動(dòng)和緊湊的結(jié)構(gòu)，使得本機(jī)器人具有體積小、移動(dòng)靈活、抓取力量大、工作能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這樣機(jī)器人既有了小型機(jī)器人的機(jī)動(dòng)靈活性，又有了大型機(jī)器人的強(qiáng)抓取和強(qiáng)越障能力，通用性好，可靠性高，能夠在狹小復(fù)雜的空間內(nèi)順利完成排爆作業(yè)。
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)
- 一、設(shè)計(jì)目的： 世界局勢(shì)多變，沖突不斷，導(dǎo)致各種恐怖活動(dòng)日益猖獗。與此同時(shí)，各類礦難事件及自然災(zāi)害層出不窮，為了避免人員傷亡的發(fā)生，反恐救援機(jī)器人呼之欲出。 二、基本思路： 機(jī)器人基于Intel Core Duo處理器和研祥EC5-1719CLDNA單板電腦，擴(kuò)展使用ARM LPC2103，配備無(wú)線AP和模擬攝像頭，建立在Windows XP Embedded和uC/OS-II實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)之上，采用多線程的編程思想，完成系統(tǒng)各項(xiàng)功能。 三、創(chuàng)新點(diǎn) 1.采用雙核處理器提高了數(shù)據(jù)處理能力，保證了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；2.采用多自由度的機(jī)械臂設(shè)計(jì)技術(shù)，操作靈活，可準(zhǔn)確順利的完成排爆作業(yè)；3.較高帶寬、較大覆蓋范圍的全雙工遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信，完成大量視頻信息傳輸，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控的可操作性。 四、技術(shù)關(guān)鍵： Intel Core Duo、多自由度的機(jī)械臂設(shè)計(jì)、雙履帶車體設(shè)計(jì)、直流無(wú)刷電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)、ARM7 Lpc2103、802.11g無(wú)線ＡＰ、多線程編程、Winsock網(wǎng)絡(luò)編程、Windows XP Embedded定制、uC/OS-II實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。 五、主要技術(shù)指標(biāo) 車體尺寸：66CM × 40CM × 20CM;最大臂展：1M;爬坡角度：45°;越障能力（可越過(guò)障礙物高度）：12CM;工作時(shí)間（連續(xù)）：2小時(shí)；車體速度：0.15m/s-0.5m/s;無(wú)線傳輸距離：100M;機(jī)械臂負(fù)重：≤2KG;載重：65KG.
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 首先，由于反恐排爆機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合的復(fù)雜性，所以其對(duì)環(huán)境應(yīng)有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。鑒于此，我們選擇了雙履帶車體設(shè)計(jì)。履帶運(yùn)動(dòng)由直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)行星針輪減速器減速，減速器輸出軸帶動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。采用定制的雙面同步齒形帶作為驅(qū)動(dòng)履帶，增大了復(fù)雜地形下的摩擦力、提高了抓地的效果，且使其的爬坡角度達(dá)到45°。 其次，機(jī)器人應(yīng)具有很強(qiáng)的爬坡、越障、防傾覆的能力，以及準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)定位和靈活的可操作性，因此其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作至關(guān)重要。鑒于此，我們選擇了應(yīng)用較為廣泛并穩(wěn)定的電氣驅(qū)動(dòng)方式，保證了機(jī)器人良好的平穩(wěn)性和對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。 再者，反恐機(jī)器人本身需要一個(gè)便捷、實(shí)時(shí)的通訊控制方式。由于系統(tǒng)本身高帶寬及高傳輸速率的要求，我們選擇無(wú)線AP來(lái)滿足大量視頻信息實(shí)時(shí)傳送，保證了信息傳輸時(shí)的抗干擾性與抗丟包性，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸；大范圍無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。 綜上所述，該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了高性能、低價(jià)位、高技術(shù)水平、低操作要求的系統(tǒng)定位。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月獲得第七屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖紙、磁盤、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)
- 一、使用說(shuō)明：后端PC控制臺(tái)根據(jù)前臺(tái)反饋的信息，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操作，進(jìn)而完成排爆任務(wù)。 二、技術(shù)特點(diǎn)：本作品技術(shù)起點(diǎn)高、難度大，其技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在“兩大處理器、三大操作系統(tǒng)”等方面： ●兩大處理器：Intel Core Duo、ARM7。國(guó)際先進(jìn)處理器的應(yīng) 用，提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，保證了系統(tǒng)功能全面性。 ●三大操作系統(tǒng)：XPE、uC/OS-II以及后端PC。更好的發(fā)揮了機(jī) 器人的整體性能，確保了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和穩(wěn)定性。三、市場(chǎng)分析：本系統(tǒng)主要用于對(duì)恐怖襲擊事件中的各種危險(xiǎn)物體進(jìn)行排查，保證防爆人員的安全，還可應(yīng)用于對(duì)下水道等管道裝置的排查、海關(guān)檢測(cè)以及多種場(chǎng)所的安檢。 四、經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：預(yù)防并處理恐怖襲擊是我國(guó)乃至世界的當(dāng)務(wù)之急，所以對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)機(jī)器人的需要極為迫切，客觀上為我國(guó)機(jī)器人發(fā)展提供了廣闊的空間。從經(jīng)濟(jì)方面著眼，該系統(tǒng)功能全，成本低，在保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)能給國(guó)防產(chǎn)業(yè)帶來(lái)不菲的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 排爆機(jī)器人的研制始于20世紀(jì)60年代, 隨著國(guó)際上反恐形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻和反恐斗爭(zhēng)的深入,它的研制也成當(dāng)今熱點(diǎn)。 從移動(dòng)性來(lái)看，英國(guó)ABP 公司生產(chǎn)“山貓”、“土撥鼠”及“野?！?等都是采用輪式行走機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，滾動(dòng)摩擦阻力小，機(jī)械效率高，適合在較平坦的地面上行走，但由于輪子與地面的附著力不如履帶式機(jī)器人，因而越野性能也不如履帶式，特別是爬坡等時(shí)比較困難?；诖宋覀冞x用了雙履帶車體驅(qū)動(dòng)，提高了機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力，使其能在復(fù)雜地形上順利進(jìn)行排爆作業(yè)。 從體型來(lái)看，英國(guó)SuperM排爆機(jī)器人，重204kg, 長(zhǎng)1.2m, 寬0.69m, 攝像機(jī)可在距地面65mm處工作, 因此它可用來(lái)檢查可疑車輛底部?；诖?，我們借鑒了它體積小重量輕的特點(diǎn)，采用了長(zhǎng)0.66m、寬0.40m、高0.20m、重65kg的機(jī)身設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的負(fù)重計(jì)算采用了一組大功率的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不僅提高了車體的移動(dòng)速度（最大達(dá)60m/min），而且使其負(fù)載能力達(dá)到65kg。 從可操作性來(lái)看，法國(guó)的TSR200 排爆機(jī)器人采用電纜(控制距離200m) 和無(wú)線電控制(控制距離300m) 。我們采用了無(wú)線AP通訊技術(shù)，完成前、后方之間的信息交流,最大遙控距離達(dá)200米。加拿大的RMI29WT排爆機(jī)器人，主要特點(diǎn)有:4個(gè)彩色攝像機(jī), 圖像最大可放大128倍, 另加配高靈敏度低照度紅外攝像機(jī); 通過(guò)手控或智能遙控現(xiàn)場(chǎng)拍攝可疑物圖像。我們采用CCD模擬攝像頭，配合視頻采集卡來(lái)采集、處理視頻信息，保證了反饋的高實(shí)時(shí)性。 從實(shí)時(shí)響應(yīng)能力來(lái)看，普遍的機(jī)器人采用高速CPU和32位芯片、多處理器和多功能操作系統(tǒng)，來(lái)提高機(jī)器人的實(shí)時(shí)、快速響應(yīng)能力。我們采用英特爾酷睿雙核處理器作為操作平臺(tái)，同時(shí)使用uC/OS-II實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)、精確的目的。 目前國(guó)外的研究重點(diǎn)是機(jī)器人新的結(jié)構(gòu)、功能及可實(shí)現(xiàn)性，其目的是使機(jī)器人功能更強(qiáng)、柔性更大、滿足不同的需求。另外研究一些新的設(shè)計(jì)方法，探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高其負(fù)載／自重比。 總的來(lái)說(shuō)，未來(lái)機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來(lái)越靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈簡(jiǎn)單，但其智能性將越來(lái)越高，并將朝著一體化方向發(fā)展。
