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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 關(guān)節(jié)履帶復(fù)合型探測(cè)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：
- 作品以井下及危險(xiǎn)環(huán)境的探測(cè)與搜救為背景，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種可適應(yīng)不同路面條件的新型關(guān)節(jié)—履帶復(fù)合式智能機(jī)器人。機(jī)器人由機(jī)械本體、控制單元、信息采集模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸及處理模塊等組成，通過(guò)CCD及多種傳感器的實(shí)時(shí)信息采集，實(shí)現(xiàn)路徑自主選擇及環(huán)境數(shù)據(jù)探測(cè)。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對(duì)特殊區(qū)域及井下危險(xiǎn)環(huán)境探測(cè)與搜救的實(shí)際需要，以及現(xiàn)有機(jī)器人存在易傾覆、越障能力不足的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種適用于礦井探測(cè)搜索的關(guān)節(jié)履帶復(fù)合式機(jī)器人。 ①機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)械本體、控制單元、遠(yuǎn)程信息傳輸與處理模塊等組成，機(jī)器人自身搭載多組數(shù)據(jù)采集傳感器，結(jié)合主控電路完成礦井下的環(huán)境數(shù)據(jù)探測(cè)。 ②把關(guān)節(jié)式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得機(jī)器人能夠翻越比自身驅(qū)動(dòng)輪更高的障礙。結(jié)合肢體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，可適應(yīng)更加復(fù)雜的路面狀況。 ③采用單片機(jī)技術(shù)對(duì)12只電機(jī)進(jìn)行并行控制，以實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)單元的靈活運(yùn)動(dòng)。利用傾角傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人箱體的自適應(yīng)平衡控制。把溫度、濕度、瓦斯氣體傳感器及CCD攝像頭有機(jī)融合起來(lái)實(shí)現(xiàn)礦井的安全狀況監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。 該機(jī)器人合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、靈活的自適應(yīng)能力、及多信息探測(cè)技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)預(yù)定危險(xiǎn)區(qū)域的環(huán)境探測(cè)提供了一種有效地途徑。
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： 針對(duì)我國(guó)煤礦開(kāi)采的生產(chǎn)安全性的需求，設(shè)計(jì)了一種探測(cè)機(jī)器人，在保證能夠盡最大可能適應(yīng)多種地形的情況下，對(duì)礦井進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)、巡邏。同時(shí)，在礦井出現(xiàn)災(zāi)害性事故時(shí)，代替搜救探測(cè)人員而第一時(shí)間探測(cè)事故發(fā)生地區(qū)的多種環(huán)境數(shù)據(jù)以方便營(yíng)救人員順利展開(kāi)下一步的各種營(yíng)救工作。 基本思路： 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證適應(yīng)多種復(fù)雜地形。機(jī)器人的總體運(yùn)動(dòng)控制，自動(dòng)控制與遙控控制保證機(jī)器人發(fā)揮出最佳運(yùn)動(dòng)性能。機(jī)器人環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與分析，下位機(jī)通過(guò)多個(gè)傳感器及CCD將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析。 創(chuàng)新點(diǎn)： 巧妙地把關(guān)節(jié)和履帶的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使得機(jī)器人能夠翻越比自身驅(qū)動(dòng)輪高的障礙，滿足不同路面的運(yùn)動(dòng)條件，依賴機(jī)器人強(qiáng)大的自適應(yīng)能力，可作為移動(dòng)平臺(tái)，按照特定區(qū)域探測(cè)的需要搭載各種設(shè)備。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.保證整個(gè)機(jī)器人在可靠性工作的前提下完成輪式運(yùn)動(dòng)，變形與動(dòng)物爬行運(yùn)動(dòng)。技術(shù)關(guān)鍵在于保證機(jī)器人能夠順利地變形。 2.提出完整的機(jī)器人動(dòng)物爬行狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)算法。 3.保證各種機(jī)載傳感器可以順利采集到外界信號(hào)并傳回上位機(jī)。 技術(shù)指標(biāo)： 本作品的主體是一個(gè)搭載多個(gè)傳感器在多種復(fù)雜路面能夠平穩(wěn)行走的機(jī)器人。為此，機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)能夠最大限度地在跨越障礙的同時(shí)保持平衡；機(jī)器人的姿態(tài)控制策略上的設(shè)計(jì)能夠完成多自由度的協(xié)調(diào)控制；機(jī)器人箱體上搭載的多種傳感器所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)終端上，并在監(jiān)控中心進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析與管理。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 本作品將關(guān)節(jié)與履帶結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使機(jī)器人在越障方面的能力得到了有效的提升。完成了機(jī)器人的可靠性理論分析，并對(duì)機(jī)器人的越障能力進(jìn)行了測(cè)試。完成了機(jī)器人多電機(jī)同時(shí)控制，得出了使機(jī)器人具備對(duì)地面的自適應(yīng)能力的方法，使機(jī)器人的穩(wěn)定性和通過(guò)性有了可靠提升，并保證了運(yùn)動(dòng)的靈活性；信息傳輸部分采用雙向?qū)崟r(shí)通信，保證了數(shù)據(jù)采集的可靠性，為實(shí)現(xiàn)預(yù)定危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境探測(cè)提供的一個(gè)人性化的平臺(tái)。 先進(jìn)性： 1）提出一種可以適應(yīng)不同路面條件以及障礙類型的新型履帶及關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)結(jié)合的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)與履帶結(jié)合的動(dòng)力結(jié)構(gòu)； 2）研究適應(yīng)該機(jī)器結(jié)構(gòu)的井下作業(yè)的機(jī)器人姿態(tài)控制方法； 3）危險(xiǎn)信號(hào)的采集，處理及傳送方法；在軟件部分，即在上位機(jī)通信界面的設(shè)計(jì)上，我們加入了視頻的采集，在機(jī)器人將位置信息傳回，供上位機(jī)做分析，在必要的時(shí)候給出決策，以便救援人員確認(rèn)被困者的位置。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2008年10月，國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目 2008年12月，?？萍脊?jié)特等獎(jiǎng) 2009年06月，省挑戰(zhàn)杯一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 作品已經(jīng)完成了理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件加工及其組裝并進(jìn)行了相關(guān)性能測(cè)試，機(jī)器人系統(tǒng)現(xiàn)已全部完成。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 系統(tǒng)整體技術(shù)或部分核心技術(shù)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品、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)
- 使用說(shuō)明： 面向礦井探測(cè)及各種危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè) 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用單片機(jī)技術(shù)對(duì)12只電機(jī)進(jìn)行協(xié)同控制，在CCD的引導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人姿態(tài)調(diào)整，適應(yīng)路面條件的運(yùn)動(dòng)方式選擇以及避障等功能的智能控制。把溫度、濕度、瓦斯氣體傳感器及CCD有機(jī)融合起來(lái)實(shí)現(xiàn)礦井及危險(xiǎn)環(huán)境的安全狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。 推廣前景： 關(guān)節(jié)履帶復(fù)合型探測(cè)機(jī)器人適應(yīng)多種復(fù)雜地形，能夠應(yīng)用于存有潛在危險(xiǎn)區(qū)的監(jiān)測(cè)（例如礦井環(huán)境），當(dāng)其發(fā)生事故后，機(jī)器人通過(guò)溫度、濕度、瓦斯氣體傳感器及CCD，探測(cè)內(nèi)部具體環(huán)境，掌握第一手資料方便人員營(yíng)救工作。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：由于我國(guó)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在許多安全問(wèn)題，這就為我們的探測(cè)機(jī)器人提供了一個(gè)廣闊的應(yīng)用平臺(tái)，并且它還能用于其他危險(xiǎn)環(huán)境探測(cè)與監(jiān)測(cè)。機(jī)器人的機(jī)體采用的輕便、低成本的材料，控制電路簡(jiǎn)單，大多采用節(jié)能原件，整個(gè)系統(tǒng)將是集節(jié)能、低成本、環(huán)保為一體的機(jī)器人，具有很大的市場(chǎng)，在低成本上，蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 中國(guó)某大學(xué)的可靠性與救災(zāi)機(jī)器人研究所展示了其課題組研制的搜救機(jī)器人的道路試驗(yàn)結(jié)果，這臺(tái)搜救機(jī)器人是將一部分儀器移植到坦克履帶動(dòng)力之上，采用自主避障和遙控引導(dǎo)相結(jié)合的行走控制方式，能夠深入事故礦井探測(cè)前方的火災(zāi)溫度、瓦斯?jié)舛?、?zāi)害場(chǎng)景、呼救聲訊等信息，并實(shí)時(shí)回傳這些信息和圖像，為救災(zāi)指揮人員提供重要的現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害信息。同時(shí)，搜救機(jī)器人上攜帶了急救藥品、食物、生命維持液和簡(jiǎn)易自救工具，以協(xié)助被困人員實(shí)施自救和逃生。搜救機(jī)器人配備有急救藥品、食物、生命維持液和簡(jiǎn)易自救工具，以協(xié)助被困人員實(shí)施自救和逃生。沈陽(yáng)機(jī)器人研究所研制的排爆機(jī)器人，該機(jī)器人是一種履帶結(jié)構(gòu)機(jī)器人，在機(jī)器人的集體上裝有遙控機(jī)械臂，可用于危險(xiǎn)物品的檢查及其爆炸物品的拆除。美國(guó)Foster-Miller公司生產(chǎn)的Talon-Hazmat機(jī)器人，該機(jī)器人采用單純履帶方式為動(dòng)力，在機(jī)器人的工作臺(tái)上可以加裝任務(wù)模塊執(zhí)行任務(wù)。美國(guó)Segway公司的Robotic Mobility Platform，是一種輪式的移動(dòng)機(jī)器人，在機(jī)器人上方裝有盛物籃，可以將物品或者受傷人員撤出危險(xiǎn)區(qū)域。日本某大學(xué)研制的火星探測(cè)機(jī)器人模型，該機(jī)器人明顯的特征是具有四個(gè)碩大的可以上下起伏的輪子，在遇到障礙物時(shí)會(huì)太高自己相依的輪子，然后攀上障礙物。美國(guó)Robotic FX公司生產(chǎn)的Negotiator Tactical Surveillance機(jī)器人，此機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源為履帶，機(jī)器人最明顯的特征是有一副可以活動(dòng)的小履帶，可以形成不同角度的攻角，有利于機(jī)器人越障能力的提高。 經(jīng)過(guò)對(duì)許多國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的機(jī)器人的研究狀況的了解，我們掌握了一定的機(jī)器人研究現(xiàn)狀方面的信息，并未發(fā)現(xiàn)和我們的作品有完全相似的國(guó)內(nèi)外作品。在對(duì)機(jī)器人現(xiàn)狀的調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在多數(shù)機(jī)器人的動(dòng)力機(jī)構(gòu)不外乎為輪式，履帶式，肢體式三種方式。我們?cè)谇捌谘芯恐锌偨Y(jié)了先前方案的優(yōu)勢(shì)和缺陷，提出了一種新型的關(guān)節(jié)履帶復(fù)合式機(jī)器人，使機(jī)器人對(duì)不同地面的通過(guò)性、自適應(yīng)性等有了有效的提升。
