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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 雙足步行機(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：
- 研制具有人類行為特征,可以模擬人類行走與操作功能的機(jī)器人是長(zhǎng)久以來(lái)人類對(duì)機(jī)器人研究的夢(mèng)想之一?！奥秸摺彪p足機(jī)器人基于給定軌跡的步態(tài)規(guī)劃方法，分析描繪出線形機(jī)器人的行走過(guò)程，參考步態(tài)軌跡來(lái)規(guī)劃行走軌跡，最終實(shí)現(xiàn)模仿人類行走的功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 雙足機(jī)器人身高45厘米，體重1.5公斤；鋼鋁結(jié)構(gòu)；機(jī)構(gòu)共有13個(gè)自由度：每條腿包括3個(gè)前向自由度、2個(gè)側(cè)向自由度和1個(gè)轉(zhuǎn)彎自由度；和1個(gè)頭部轉(zhuǎn)向自由度。能夠?qū)崿F(xiàn)前行，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，蹲下，踢球，音頻采集及圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)裙δ堋?/dd>
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)
- 雙足步行機(jī)器人實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的研究，將有利于進(jìn)一步完善雙足步行的連續(xù)穩(wěn)定性，提高其環(huán)境適應(yīng)能力，使得仿人機(jī)器人能夠真正進(jìn)入人類日常生活，從事娛樂(lè)、醫(yī)療、服務(wù)等工作。此外，通過(guò)改進(jìn)實(shí)時(shí)控制方法，雙足機(jī)器人的步行特征更加接近于人類。因此，雙足機(jī)器人可以作為一個(gè)很好的研究人類動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的平臺(tái)和工具，這對(duì)于仿生學(xué)具有重要意義；同時(shí)，仿人機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃與控制研究能夠?yàn)槿祟惣僦难兄铺峁┯辛Φ睦碚摵蛯?shí)驗(yàn)支持，造福于殘障人士。 機(jī)器人學(xué)是最近幾十年發(fā)展起來(lái)的一門綜合性學(xué)科，雙足機(jī)器人則是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。雙足機(jī)器人的研究需要綜合機(jī)械、電子、控制工程、計(jì)算機(jī)、信息論以及仿生和人工智能等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，同時(shí)，它自身研究的成果也將促進(jìn)這些學(xué)科的發(fā)展。 雙足步行機(jī)器人相對(duì)于輪式、履帶式機(jī)器人具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在： 1、具有適應(yīng)各種地面狀況的能力和較強(qiáng)的逾越障礙能力，移動(dòng)“盲區(qū)”很小，工作空間較之輪式和履帶式機(jī)器人有了很大的擴(kuò)展。 2、機(jī)器人力學(xué)計(jì)算表明，兩足步行機(jī)器人的能耗通常低于輪式、履帶式機(jī)器人。 創(chuàng)新點(diǎn)：（1）基于給定軌跡的步態(tài)規(guī)劃方法；（2）采用多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)；（3）對(duì)機(jī)器人步態(tài)進(jìn)行了擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了倒退行走和左右轉(zhuǎn)體。 技術(shù)指標(biāo)：雙足機(jī)器人身高45厘米，體重1.5公斤；鋼鋁結(jié)構(gòu)；機(jī)構(gòu)共有13個(gè)自由度；能夠?qū)崿F(xiàn)前行，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，蹲下，踢球，音頻采集及圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)裙δ堋?/dd>
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 雙足步行機(jī)器人基于人類步行運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的規(guī)劃方法，首先建立了步行機(jī)器人的簡(jiǎn)化模型，在此基礎(chǔ)上描繪出線形機(jī)器人的步態(tài)軌跡，依據(jù)步態(tài)軌跡的步行姿態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，最終達(dá)到實(shí)際機(jī)器人的步態(tài)要求。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年4月在我校第二屆科技活動(dòng)周中獲一等獎(jiǎng) 2009年6月在2009年“挑戰(zhàn)杯”吉林省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物演示
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)
- 雙足步行是步行方式中自動(dòng)化程度最高、最為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。兩足步行系統(tǒng)具有非常豐富的動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)步行的環(huán)境要求很低，既能在平地上行走，也能在非結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜地面上行走，對(duì)環(huán)境有很好的適應(yīng)性。
同類課題研究水平概述
- 到目前為止，仿人機(jī)器人的研究有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，出現(xiàn)了許多不同的機(jī)構(gòu)和研究方法，日本和美國(guó)在這一領(lǐng)域的研究工作尤為突出。1996年12月，日本本田公司公布了其研制成功的P2仿人機(jī)器人，P2身高1.80米，體重120公斤，；1997年9月，完成了P3仿人機(jī)器人的研制，P3高1.60米，體重130公斤，共有28個(gè)自由度；之后，本田公司又推出了其研制成功的ASIMO仿人機(jī)器人，ASIMO身高1.20米，體寬0.45米，體厚0.44米，體重43公斤，在仿人機(jī)器人小型化和輕量化方面取得了突破，已初步具備了人類外形特征和確定環(huán)境中的行走與基本操作能力；目前，ASIMO代表著仿人機(jī)器人研究的最高水平。2000年，索尼公司也推出了自己研制的仿人機(jī)器人SDR-3X，2002年又研制出了SDR-4X。日本東京大學(xué)也一直在進(jìn)行仿人機(jī)器人的研究，與Kawada工學(xué)院合作相繼研制成功了H5、H6和H7仿人機(jī)器人，其中H6機(jī)器人高1.37米，體重55公斤，具有35個(gè)自由度，目前正在開(kāi)發(fā)名為Isamu的新一代仿人機(jī)器人，其身高1.5米，體重55公斤,具有32個(gè)自由度。日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)也在從事PINO機(jī)器人的研究，PINO高0.75米,采用29個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 在國(guó)家“863”高技術(shù)計(jì)劃和自然科學(xué)基金的資助下，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了仿人機(jī)器人的研究工作。目前，國(guó)內(nèi)主要有國(guó)防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和北京理工大學(xué)等單位從事仿人機(jī)器人的研究。國(guó)防科技大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制機(jī)器人已有10余年的歷史，該實(shí)驗(yàn)室在這期間分四階段推出了四代機(jī)器人，其中，2000年底推出的仿人機(jī)器人—“先行者”—是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)仿人機(jī)器人。2003年6月，又成功研制了一臺(tái)具有新型機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性的仿人機(jī)器人，這臺(tái)機(jī)器人身高1.55米，體重63.5公斤，共有36個(gè)自由度，腳踝有力傳感器，關(guān)節(jié)采用正交軸設(shè)計(jì)，具有人的大部分外形特征，使用電池供電，實(shí)現(xiàn)了無(wú)纜行走，它可以完成人的腿部、手部和頭部的基本動(dòng)作。第四代機(jī)器人在外形上已經(jīng)與ASIMO非常相似，而且正在逐步向智能化方向發(fā)展。到目前為止，除國(guó)防科技大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)以外，清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等多個(gè)單位也相繼加入到仿人機(jī)器人的研究行列中，并分別投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究。
