基本信息
- 項目名稱：
- 智能關(guān)節(jié)履帶式安保機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 移動機器人移動平臺的設(shè)計與運動控制技術(shù)的研究是整個移動機器人系統(tǒng)研究的兩大重要組成部分，它將為移動機器人更高層次的理論與方法研究提供一個可靠的實驗平臺及基礎(chǔ)。開發(fā)研究以工業(yè)、國防及服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域為應(yīng)用背景的，且易于用戶二次開發(fā)的移動機器人平臺具有很好的市場潛力和研究意義。 本課題結(jié)合現(xiàn)有機器人結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點，創(chuàng)新性的提出一種機器人行走機構(gòu)形式，設(shè)計了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加履帶足的復(fù)合式機器人行走機構(gòu)，改變了原有關(guān)節(jié)履帶機器人的越障原理和越障方法，顯著改善了現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶機器人的越障機動性和自主性，提高了機器人的越障性能；機器人四條擺腿采用獨立驅(qū)動，實現(xiàn)機器人機體的自主姿態(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。 并且對移動機器人系統(tǒng)進行了相關(guān)實驗，實驗結(jié)果證明了機器人的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的有效性，同時驗證了移動機器人的各項運行指標達到任務(wù)指標，結(jié)合實驗結(jié)果提出了進一步的改進方案。
- 詳細介紹：
- 本作品研制的智能關(guān)節(jié)履帶式安保機器人將自主變位履帶結(jié)構(gòu)應(yīng)用到關(guān)節(jié)履帶機器人上，設(shè)計了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加自主變位履帶足的復(fù)合移動機構(gòu)，改變了關(guān)節(jié)履帶機器人的越障原理和越障方法。即改變了現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶越障過程中需要人為調(diào)節(jié)其擺腿角度才能越障的缺陷，通過利用連接在擺腿上的履帶足能越過比輪子直徑大幾倍的障礙物，實現(xiàn)機器人自主越障，通過樣機實驗，該機器人越障能力與相似尺寸的關(guān)節(jié)履帶機構(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)以及機構(gòu)系統(tǒng)的相互配合下，通過執(zhí)行相應(yīng)控制策略機器人能夠在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，給搭載在機體上的設(shè)備提供更加平穩(wěn)的工作平臺，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個獨立驅(qū)動擺腿的并聯(lián)機構(gòu)的原理來達到車身的動態(tài)平穩(wěn)性以及姿態(tài)自動調(diào)整。這樣當機器人車身發(fā)生傾斜的時候，通過控制擺腿的空間位置達到調(diào)整機器人機體水平姿態(tài)的目的。作為獨具創(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，當履帶足碰到障礙物時，壁面對履帶足的摩擦力使它產(chǎn)生一個向上翻轉(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也會產(chǎn)生附著力，無需人工干預(yù)，即可自主攀越障礙，從而極大地提高了機器人越障機動性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本作品研制的機器人針對現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶機器人需要多次調(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)合移動機構(gòu)能。 其基本思路是在關(guān)節(jié)履帶機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)履帶機器人的越障機動性和自主性。本作品的創(chuàng)新點是機器人四條擺腿采用獨立驅(qū)動，實現(xiàn)機器人機體的自主水平姿態(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)機構(gòu)的設(shè)計控制也成為本作品的關(guān)鍵技術(shù)。 本課題設(shè)計的全自主越障偵測機器人的技術(shù)參數(shù)如下：機體重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435mm。尺寸為550mm×550mm×300mm(長×寬×高),擺臂長度185mm,履帶足輪徑40mm。并對其進行功能擴展： 1）通過執(zhí)行相應(yīng)控制策略機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，給搭載在機體上的設(shè)備提供更加平穩(wěn)的工作平臺。2）通過機體前后的聲納傳感器，兩側(cè)的PSD紅外傳感器，機器人能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的避障功能。3）機器人通過帶云臺高清晰變焦攝像頭，使機器人具備遠距離監(jiān)控偵察能力。4）機器人采用遠程無線遙控，對于一些具有危險性的工作，可對人員安全起到重大的保護作用。5）機器人通過姿態(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、先進性
- 本作品研制的機器人將自主變位履帶結(jié)構(gòu)應(yīng)用到關(guān)節(jié)履帶機器人上，設(shè)計了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加自主變位履帶足的復(fù)合移動機構(gòu)，改變了現(xiàn)有關(guān)節(jié)履帶越障過程中需要人為調(diào)節(jié)其擺腿角度才能越障的缺陷，通過利用連接在擺腿上的履帶足能越過比輪子直徑大幾倍的障礙物，實現(xiàn)機器人自主越障，通過樣機實驗，該機器人越障能力與相似尺寸的關(guān)節(jié)履帶機構(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)以及機構(gòu)系統(tǒng)的相互配合下，通過執(zhí)行相應(yīng)控制策略機器人能夠在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，給搭載在機體上的設(shè)備提供更加平穩(wěn)的工作平臺。 采用類似4個獨立驅(qū)動擺腿的并聯(lián)機構(gòu)的原理來達到車身的動態(tài)平穩(wěn)性以及姿態(tài)自動調(diào)整。作為獨具創(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，當履帶足碰到障礙物時，壁面對履帶足的摩擦力使它產(chǎn)生一個向上翻轉(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也會產(chǎn)生附著力，無需人工干預(yù)，即可自主攀越障礙，從而極大地提高了機器人越障機動性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品模型、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品研制的機器人將自主變位履帶結(jié)構(gòu)應(yīng)用到關(guān)節(jié)履帶機器人上，設(shè)計了一種新型的關(guān)節(jié)履帶加自主變位履帶足的復(fù)合移動機構(gòu)。首先實現(xiàn)機器人自主越障。其次通過執(zhí)行相應(yīng)控制策略機器人能夠在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能。 關(guān)節(jié)履帶機器人是一個較為成熟并得到應(yīng)用的機器人，在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新設(shè)計的機器人，可用于野外工程作業(yè)機器人、探險機器人、軍事機器人、服務(wù)機器人等，其應(yīng)用前景廣闊，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。 目前我國正處于經(jīng)濟體制和社會轉(zhuǎn)型的特殊歷史時期。我國犯罪活動不斷升級，排險機器人是公安干警在排爆和消防、消除毒氣污染和反恐排險過程中減少自身傷亡有效打擊暴力犯罪，保護人體的技術(shù)含量高的裝備。隨著國際恐怖暴力活動的猖獗，排險機器人在國際市場需求強烈，潛力巨大。 就市場預(yù)測看，全國30個省市平均5個以上的中等城市，每個城市配備一套需150套，生產(chǎn)排險機器人每臺售50萬元，產(chǎn)值7500萬元，按40%利稅算是3000萬元。保守計算每省一套，共計30套的產(chǎn)值為1500萬元，利稅600萬元。
同類課題研究水平概述
- 目前，移動機器人由于其優(yōu)越的機動性和靈活性而備受親睞，并在許多場合投入實際應(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)行的可靠性和機器人的安全性，移動機器人在機構(gòu)設(shè)計上研究的主要方向是：跨越壕溝和攀越臺階的能力，克服傾翻的能力、行駛的高速高效性、陷入松軟地面后能實現(xiàn)自動脫離且恢復(fù)正常行駛的能力。 國外目前在關(guān)節(jié)履帶移動機器人方面的技術(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REMOTEC公司早期研制的ANDROS-F6A移動機器人是一種小型化的關(guān)節(jié)履帶輪式機器人，它最顯著的特點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)。美國美國NASA噴射推進實驗室，iRobot公司，卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)機器人學(xué)院和南加州大學(xué)機器人研究實驗室共同合作Urbie（市區(qū)）機器人是一種能以視覺導(dǎo)引并能自動爬坡的前置關(guān)節(jié)履帶移動機器人，其前擺腿可360度異步旋轉(zhuǎn)。 國內(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。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)動和雙擺驅(qū)動，該機器人最大伸展長度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)。該機器人其技術(shù)在國產(chǎn)排爆機器人中處于領(lǐng)先地位。 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所自行研制的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“靈晰-B”型排爆機器人，為三段履帶式設(shè)計，是典型的關(guān)節(jié)式履帶機器人，身上裝置行走、機械手、云臺三個攝像頭，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40厘米高障礙和50厘米寬壕溝，排爆人員可在遠距離以有纜及無纜操作方式對機器人進行精確操控。這臺機器人同時還可以選裝爆炸物銷毀器，在對可疑物爆炸裝置確認后，可對爆炸裝置進行迅速銷毀。 通過比較國內(nèi)外關(guān)節(jié)履帶機器人，發(fā)現(xiàn)其越障能力和對地形的適應(yīng)能力有了提高，但是目前關(guān)節(jié)履帶移動機器人普遍存在如下缺陷：自主性差即越障過程中需要根據(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，因此機器人能夠在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)自主水平姿態(tài)調(diào)整功能，將會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。
