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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能關(guān)節(jié)履帶式安保機(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A類
- 簡(jiǎn)介：
- 移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究是整個(gè)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)研究的兩大重要組成部分，它將為移動(dòng)機(jī)器人更高層次的理論與方法研究提供一個(gè)可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)研究以工業(yè)、國(guó)防及服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域?yàn)閼?yīng)用背景的，且易于用戶二次開(kāi)發(fā)的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)具有很好的市場(chǎng)潛力和研究意義。 本課題結(jié)合現(xiàn)有機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新性的提出一種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加履帶足的復(fù)合式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，改變了原有關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人的越障原理和越障方法，顯著改善了現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人的越障機(jī)動(dòng)性和自主性，提高了機(jī)器人的越障性能；機(jī)器人四條擺腿采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)體的自主姿態(tài)調(diào)整功能，能夠更好的適應(yīng)各種復(fù)雜的地形環(huán)境，完成特定的工作。 并且對(duì)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了機(jī)器人的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的有效性，同時(shí)驗(yàn)證了移動(dòng)機(jī)器人的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到任務(wù)指標(biāo)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了進(jìn)一步的改進(jìn)方案。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品研制的智能關(guān)節(jié)履帶式安保機(jī)器人將自主變位履帶結(jié)構(gòu)應(yīng)用到關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人上，設(shè)計(jì)了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加自主變位履帶足的復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)，改變了關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人的越障原理和越障方法。即改變了現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶越障過(guò)程中需要人為調(diào)節(jié)其擺腿角度才能越障的缺陷，通過(guò)利用連接在擺腿上的履帶足能越過(guò)比輪子直徑大幾倍的障礙物，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主越障，通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，該機(jī)器人越障能力與相似尺寸的關(guān)節(jié)履帶機(jī)構(gòu)的越障能力相比可提高二至三倍，其次在自身控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)以及機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的相互配合下，通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)控制策略機(jī)器人能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，給搭載在機(jī)體上的設(shè)備提供更加平穩(wěn)的工作平臺(tái)，使其更具適應(yīng)各種未知復(fù)雜環(huán)境的能力。 采用類似4個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)擺腿的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的原理來(lái)達(dá)到車身的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)性以及姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整。這樣當(dāng)機(jī)器人車身發(fā)生傾斜的時(shí)候，通過(guò)控制擺腿的空間位置達(dá)到調(diào)整機(jī)器人機(jī)體水平姿態(tài)的目的。作為獨(dú)具創(chuàng)新特色的履帶足結(jié)構(gòu)，其履帶足可繞回轉(zhuǎn)軸自由擺動(dòng)，當(dāng)履帶足碰到障礙物時(shí)，壁面對(duì)履帶足的摩擦力使它產(chǎn)生一個(gè)向上翻轉(zhuǎn)的力矩，履帶足沿壁攀升，隨著姿態(tài)的調(diào)整腿部同步帶以及連接前后旋轉(zhuǎn)臂的履帶在接觸到物體時(shí)也會(huì)產(chǎn)生附著力，無(wú)需人工干預(yù)，即可自主攀越障礙，從而極大地提高了機(jī)器人越障機(jī)動(dòng)性。
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)
- 本作品研制的機(jī)器人針對(duì)現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人需要多次調(diào)節(jié)其擺腿角度才能越障的缺陷，發(fā)明了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加履帶足的復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)能。 其基本思路是在關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人各擺腿頭端加裝一套自主變位履帶足，改變了關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人的越障原理和越障方法，從而顯著改善了現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人的越障機(jī)動(dòng)性和自主性。本作品的創(chuàng)新點(diǎn)是機(jī)器人四條擺腿采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)體的自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，使其更具適應(yīng)各種復(fù)雜的地形環(huán)境。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)控制也成為本作品的關(guān)鍵技術(shù)。 本課題設(shè)計(jì)的全自主越障偵測(cè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)如下：機(jī)體重30Kg，最大載重10Kg，最大行駛速度為15m/min，最大坡度為40°,越障高度220mm，跨越壕溝寬度可達(dá)435mm。尺寸為550mm×550mm×300mm(長(zhǎng)×寬×高),擺臂長(zhǎng)度185mm,履帶足輪徑40mm。并對(duì)其進(jìn)行功能擴(kuò)展： 1）通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)控制策略機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，給搭載在機(jī)體上的設(shè)備提供更加平穩(wěn)的工作平臺(tái)。2）通過(guò)機(jī)體前后的聲納傳感器，兩側(cè)的PSD紅外傳感器，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的避障功能。3）機(jī)器人通過(guò)帶云臺(tái)高清晰變焦攝像頭，使機(jī)器人具備遠(yuǎn)距離監(jiān)控偵察能力。4）機(jī)器人采用遠(yuǎn)程無(wú)線遙控，對(duì)于一些具有危險(xiǎn)性的工作，可對(duì)人員安全起到重大的保護(hù)作用。5）機(jī)器人通過(guò)姿態(tài)控制調(diào)整可以完成四種越障姿態(tài)：初始姿態(tài)、爬坡姿態(tài)、過(guò)溝姿態(tài)、雙履帶姿態(tài)，使之適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品研制的機(jī)器人將自主變位履帶結(jié)構(gòu)應(yīng)用到關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人上，設(shè)計(jì)了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加自主變位履帶足的復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)，改變了現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶越障過(guò)程中需要人為調(diào)節(jié)其擺腿角度才能越障的缺陷，通過(guò)利用連接在擺腿上的履帶足能越過(guò)比輪子直徑大幾倍的障礙物，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主越障，通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，該機(jī)器人越障能力與相似尺寸的關(guān)節(jié)履帶機(jī)構(gòu)的越障能力相比可提高二至三倍，其次在自身控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)以及機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的相互配合下，通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)控制策略機(jī)器人能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，給搭載在機(jī)體上的設(shè)備提供更加平穩(wěn)的工作平臺(tái)。 采用類似4個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)擺腿的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的原理來(lái)達(dá)到車身的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)性以及姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整。作為獨(dú)具創(chuàng)新特色的履帶足結(jié)構(gòu)，其履帶足可繞回轉(zhuǎn)軸自由擺動(dòng)，當(dāng)履帶足碰到障礙物時(shí)，壁面對(duì)履帶足的摩擦力使它產(chǎn)生一個(gè)向上翻轉(zhuǎn)的力矩，履帶足沿壁攀升，隨著姿態(tài)的調(diào)整腿部同步帶以及連接前后旋轉(zhuǎn)臂的履帶在接觸到物體時(shí)也會(huì)產(chǎn)生附著力，無(wú)需人工干預(yù)，即可自主攀越障礙，從而極大地提高了機(jī)器人越障機(jī)動(dòng)性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像、樣品
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)
- 本作品研制的機(jī)器人將自主變位履帶結(jié)構(gòu)應(yīng)用到關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人上，設(shè)計(jì)了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加自主變位履帶足的復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)。首先實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主越障。其次通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)控制策略機(jī)器人能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能。 關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人是一個(gè)較為成熟并得到應(yīng)用的機(jī)器人，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的機(jī)器人，可用于野外工程作業(yè)機(jī)器人、探險(xiǎn)機(jī)器人、軍事機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等，其應(yīng)用前景廣闊，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 目前我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)體制和社會(huì)轉(zhuǎn)型的特殊歷史時(shí)期。我國(guó)犯罪活動(dòng)不斷升級(jí)，排險(xiǎn)機(jī)器人是公安干警在排爆和消防、消除毒氣污染和反恐排險(xiǎn)過(guò)程中減少自身傷亡有效打擊暴力犯罪，保護(hù)人體的技術(shù)含量高的裝備。隨著國(guó)際恐怖暴力活動(dòng)的猖獗，排險(xiǎn)機(jī)器人在國(guó)際市場(chǎng)需求強(qiáng)烈，潛力巨大。 就市場(chǎng)預(yù)測(cè)看，全國(guó)30個(gè)省市平均5個(gè)以上的中等城市，每個(gè)城市配備一套需150套，生產(chǎn)排險(xiǎn)機(jī)器人每臺(tái)售50萬(wàn)元，產(chǎn)值7500萬(wàn)元，按40%利稅算是3000萬(wàn)元。保守計(jì)算每省一套，共計(jì)30套的產(chǎn)值為1500萬(wàn)元，利稅600萬(wàn)元。
同類課題研究水平概述
- 目前，移動(dòng)機(jī)器人由于其優(yōu)越的機(jī)動(dòng)性和靈活性而備受親睞，并在許多場(chǎng)合投入實(shí)際應(yīng)用，面臨著復(fù)雜、未知、多變的非結(jié)構(gòu)環(huán)境，為了確保任務(wù)執(zhí)行的可靠性和機(jī)器人的安全性，移動(dòng)機(jī)器人在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上研究的主要方向是：跨越壕溝和攀越臺(tái)階的能力，克服傾翻的能力、行駛的高速高效性、陷入松軟地面后能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫離且恢復(fù)正常行駛的能力。 國(guó)外目前在關(guān)節(jié)履帶移動(dòng)機(jī)器人方面的技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用非常廣泛，主要用于地面反恐防爆，軍事偵察等方面。美國(guó)REMOTEC公司早期研制的ANDROS-F6A移動(dòng)機(jī)器人是一種小型化的關(guān)節(jié)履帶輪式機(jī)器人，它最顯著的特點(diǎn)是它具有更快的速度更優(yōu)異的越障性能以便操作人員能夠更高效地執(zhí)行任務(wù)。美國(guó)美國(guó)NASA噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，iRobot公司，卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)院和南加州大學(xué)機(jī)器人研究實(shí)驗(yàn)室共同合作Urbie（市區(qū)）機(jī)器人是一種能以視覺(jué)導(dǎo)引并能自動(dòng)爬坡的前置關(guān)節(jié)履帶移動(dòng)機(jī)器人，其前擺腿可360度異步旋轉(zhuǎn)。 國(guó)內(nèi)目前相關(guān)研究大多處于跟蹤研究階段，自主創(chuàng)新的研究并不多見(jiàn)。由北京中泰科技發(fā)展有限公司和上海交大聯(lián)合研制的Super-D II型排爆機(jī)器人是典型的關(guān)節(jié)式履帶結(jié)構(gòu)，其行走裝置采用四輪驅(qū)動(dòng)和雙擺驅(qū)動(dòng)，該機(jī)器人最大伸展長(zhǎng)度1.8米，其行走速度每分鐘0-40米，爬坡能力40度，能在1.3米的范圍內(nèi)原地回轉(zhuǎn)。該機(jī)器人其技術(shù)在國(guó)產(chǎn)排爆機(jī)器人中處于領(lǐng)先地位。 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自行研制的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“靈晰-B”型排爆機(jī)器人，為三段履帶式設(shè)計(jì)，是典型的關(guān)節(jié)式履帶機(jī)器人，身上裝置行走、機(jī)械手、云臺(tái)三個(gè)攝像頭，最大行走速度30米/秒，能抓取15公斤重物，爬行45度斜坡和樓梯，并能鉆洞，越過(guò)40厘米高障礙和50厘米寬壕溝，排爆人員可在遠(yuǎn)距離以有纜及無(wú)纜操作方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行精確操控。這臺(tái)機(jī)器人同時(shí)還可以選裝爆炸物銷毀器，在對(duì)可疑物爆炸裝置確認(rèn)后，可對(duì)爆炸裝置進(jìn)行迅速銷毀。 通過(guò)比較國(guó)內(nèi)外關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人，發(fā)現(xiàn)其越障能力和對(duì)地形的適應(yīng)能力有了提高，但是目前關(guān)節(jié)履帶移動(dòng)機(jī)器人普遍存在如下缺陷：自主性差即越障過(guò)程中需要根據(jù)現(xiàn)有環(huán)境人為調(diào)節(jié)其擺腿角度進(jìn)行越障；車身多數(shù)不具備自主水平調(diào)節(jié)的功能，越障平穩(wěn)性很難保證，容易產(chǎn)生車體傾斜甚至傾覆，因此機(jī)器人能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，將會(huì)使其更好地完成周邊環(huán)境偵察任務(wù)，從而使其更具適應(yīng)各種未知復(fù)雜環(huán)境的能力。
