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基本信息
- 項目名稱：
- “祥龍”高適應(yīng)性多功能蛇形機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 作為救援破障類機(jī)器人，“祥龍”成功彌補(bǔ)了現(xiàn)有蛇形機(jī)器人普遍存在的工作環(huán)境單一、動力供應(yīng)不足、耐高溫性能差、翻倒無法復(fù)位等不足。 “祥龍”具有穩(wěn)定性好、橫截面小、柔性好、翻倒自適應(yīng)、防水防塵、耐高溫、可遠(yuǎn)程遙控等特點，可以在多種復(fù)雜地形上行走，在水、火中有較高工作能力,低廉的制造成本也為大規(guī)模應(yīng)用提供了條件。在救援、探查、星球探測等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、“祥龍”的基本結(jié)構(gòu)： “祥龍”主要由蛇頭、殼體、異型輪、變向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、抬升機(jī)構(gòu)組成。我們采用的是動車組動力供應(yīng)原理，蛇體多節(jié)都有動力。 二、便于搜尋、救援與破障： 在蛇頭蛇體內(nèi)加裝了各種探測儀器可以收集聲音、溫度、位置、影像等信息，變于救援人員制定出高效、準(zhǔn)確的救援方案；為了更好的越障，我們在蛇體均布有減摩輪，以減小外界環(huán)境對蛇體的刮碰和摩擦；采用氣膜冷卻法——在蛇體的每節(jié)中段與前后鉸鏈連接處，在裝配過程中形成的0.1mm間隙，當(dāng)蛇體充滿高壓水時，水經(jīng)過沿圓周均布的三個φ3小孔通過沿圓周的0.1mm間隙噴出，形成多層水膜，起到冷卻蛇體，隔離高溫的作用。氣膜孔還可為在廢墟中受困者提供水或空氣，延緩其生命；在蛇頭前端安裝了三個觸頭，當(dāng)蛇體向前運動時，中間觸頭受壓，爬升機(jī)構(gòu)啟動，使蛇頭抬起。當(dāng)右側(cè)觸頭受壓時，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動，使蛇頭向左轉(zhuǎn)動；當(dāng)左側(cè)觸頭受壓時，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動，使蛇頭向右轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)各電機(jī)的自控狀態(tài)；有了這些“祥龍”就可以更好的救援破障。 三、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新： 設(shè)計異形輪，輪子形狀受碗的啟發(fā)，設(shè)計異形輪便于翻到后還能繼續(xù)行進(jìn)。變向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、抬升機(jī)構(gòu)里都有我們團(tuán)隊的創(chuàng)新元素，并且有多種設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)于翻到后能保持驅(qū)動連續(xù)性。 四、材料創(chuàng)新：我們作品的最終目的是投入救援救災(zāi)工作中去，為了使“祥龍”在惡劣未知環(huán)境下有更高的工作效率、更強(qiáng)的工作性能，我們還在“祥龍”的選材方面進(jìn)行了創(chuàng)新。請看右側(cè)說明圖表： 五、功能創(chuàng)新： ⑴采用動車組動力供應(yīng)原理 ，即采用分散式多動力源，為“蛇”的運動提供充足能量； ⑵采用懸浮自平衡法：用檢測、修磨配重的方法保證爬升機(jī)構(gòu)在蛇體任意翻滾的情況下保持正常工作； ⑶采用氣膜冷卻法：形成多層水膜，起到冷卻蛇體，隔離高溫的作用。氣膜孔還可為受困人員提供水或空氣。氣膜孔噴出的水反作用力加速蛇體的向前運動。 當(dāng)蛇體在水中時，蛇體內(nèi)充滿高壓空氣，蛇體可以浮在水面上，在尾部螺旋槳和尾舵的作用下，蛇體可以在水面上自由爬行，當(dāng)蛇體內(nèi)充滿高壓水時，蛇體可以潛入水下，在尾部螺旋槳和尾舵的作用下，蛇體可以在水下自由爬行，完成水上及水下的救援任務(wù)； ⑷設(shè)計異型輪，便于蛇體在翻到后還能繼續(xù)前進(jìn)； ⑸設(shè)計三角自重可控開關(guān)，便于蛇體翻到后自動控制輪子的轉(zhuǎn)向，保證蛇體正常行進(jìn)。 ⑹感應(yīng)控制系統(tǒng)：在蛇頭前端安裝了三個觸頭，當(dāng)蛇體向前運動時，中間觸頭受壓，爬升機(jī)構(gòu)啟動，使蛇頭抬起。當(dāng)右側(cè)觸頭受壓時，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動，使蛇頭向左轉(zhuǎn)動；當(dāng)左側(cè)觸頭受壓時，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動，使蛇頭向右轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)各電機(jī)的自控狀態(tài)； ⑺采用減摩輪法：當(dāng)蛇體在運動過程中，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，采用減摩輪可以減輕外界環(huán)境對蛇體的刮碰和摩擦； ⑻采用多項信息收集法：可以收集聲音、溫度、位置、影像等信息，對受災(zāi)受困人員做出科學(xué)的判斷，制定出高效、準(zhǔn)確的救援方案； ⑼表面噴涂熱障涂層，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力六、多方案備選： 因為市場因素也是一個主要考慮的條件，我團(tuán)隊思維活躍，想出了多套備選方案。我們會根據(jù)市場匹配性進(jìn)行橫向比較，擇優(yōu)選取。在不同關(guān)節(jié)可能有不同形式，不會局限在固定是哪種上。 綜上所述： “祥龍”高適應(yīng)性、多功能蛇形機(jī)器人可以在地震、火災(zāi)、水災(zāi)、易燃易爆等多種復(fù)雜環(huán)境中實施救援，具有高適應(yīng)、多功能的特點，在國內(nèi)有較高的創(chuàng)新性。
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(biāo)
- 一、作品設(shè)計的基本思路 如何解決機(jī)器人搜尋救援破障等問題？ 如何使“祥龍”對多種復(fù)雜環(huán)境具備自適應(yīng)能力和較強(qiáng)的通過能力? 如何提高強(qiáng)化“祥龍”的這種能力？ 主要設(shè)想： 采用分散動力，采用減摩措施，翻轉(zhuǎn)后還能驅(qū)動前進(jìn)，并設(shè)計多種驅(qū)動方式和方案，以保證能在未知環(huán)境下有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和通過能力。實現(xiàn)目標(biāo)關(guān)鍵是在對環(huán)境的適應(yīng)能力，及強(qiáng)力驅(qū)動的技術(shù)實現(xiàn)，我們采用機(jī)電綜合模式，同時結(jié)合動車組動力分散設(shè)計思想來驅(qū)動。 二、創(chuàng)新點 1、設(shè)計異型車輪和三角自重可控開關(guān)，便于蛇體翻倒還可繼續(xù)前行； 2、將動車組多動力供應(yīng)原理應(yīng)用于“蛇”，提高其工作效率； 3、將感應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于“蛇”，使其能自動適應(yīng)周圍環(huán)境； 4、將熱障涂層技術(shù)應(yīng)用于“蛇”，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力； 5、在蛇體周圍設(shè)計減摩輪，減少行進(jìn)中的摩擦力; 6、設(shè)計氣膜孔結(jié)構(gòu)，可在廢墟中為受災(zāi)者提供水和空氣； 7、將螺旋槳推進(jìn)器應(yīng)用于蛇體尾部，保證“蛇”在水中的快速運動。 三、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 動作方面 設(shè)計了變向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動組件以及爬升組件三類結(jié)構(gòu)，而且驅(qū)動組件以及爬升組件各設(shè)計了兩組方案以實現(xiàn)其動作。 功能方面 采用動車組動力供應(yīng)原理、懸浮自平衡法、氣膜冷卻法、減摩輪法、以及多項信息收集法、三角自重可控開關(guān)、感應(yīng)控制系統(tǒng)以完善機(jī)器人的各部分性能，并通過表面噴涂熱障涂層，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 先進(jìn)性說明: 1、采用動車組動力供應(yīng)原理 ，即采用分散式多動力源，為“蛇”的運動提供充足能量； 2、采用懸浮自平衡法：用檢測、修磨配重的方法保證爬升機(jī)構(gòu)在蛇體任意翻滾的情況下保持正常工作； 3、采用氣膜冷卻法：蛇體充滿高壓水時，形成多層水膜，起到冷卻蛇體，隔離高溫的作用； 4、設(shè)計異型輪，便于蛇體在翻倒后還能繼續(xù)前進(jìn)； 5、設(shè)計三角自重可控開關(guān)，便于蛇體翻到后自動控制輪子的轉(zhuǎn)向，保證蛇體正常行進(jìn)； 6、感應(yīng)控制系統(tǒng)：在蛇頭前端安裝了三個觸頭，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動，使蛇頭轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)各電機(jī)的自控狀態(tài)； 7、采用減摩輪法：當(dāng)蛇體在運動過程中，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，采用減摩輪可以減輕外界環(huán)境對蛇體的刮碰和摩擦； 8、采用多項信息收集法：可以收集聲音、溫度、位置、影像等信息，對受災(zāi)受困人員做出科學(xué)的判斷，制定出高效、準(zhǔn)確的救援方案； 9、表面噴涂熱障涂層，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年07月獲得《一種多功能蛇形機(jī)器人》專利授權(quán)； 2010年11月獲得《三角自重可控開關(guān)》專利授權(quán)； 2010年06月依托祥龍專利核心技術(shù)，成立黎翔機(jī)械設(shè)備有限公司，獲創(chuàng)業(yè)富民基金； 2011年05月獲得第九屆“挑戰(zhàn)杯”XX省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎； 2010年04月獲XX省青創(chuàng)會壹萬元資助金； 2010年05月在《機(jī)電技術(shù)》雜志公開發(fā)表論文一篇； 2011年11月在《企業(yè)技術(shù)開發(fā)》雜志公開發(fā)表論文一篇； 2010年07月獲XX省第四屆大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽一等獎； 2009年09月獲得校學(xué)生創(chuàng)新項目伍仟元資助金； 2011年05月獲得XX大學(xué)“升華杯”科技學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物 產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤 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(jì)效益預(yù)測
- 一、使用說明： 1、產(chǎn)品組成 本蛇形機(jī)器人由蛇頭、蛇體、蛇尾組成，節(jié)數(shù)根據(jù)環(huán)境設(shè)定，暫定12節(jié)，蛇體截面為φ50mm，最大輪廓尺寸φ70mm，總長約1600mm。 2、產(chǎn)品運動 “祥龍”在蛇頭中段安裝有左右轉(zhuǎn)向組件，該組件也可以安裝在蛇尾，能夠?qū)崿F(xiàn)蛇體的左右轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)向功能。 二、特點及優(yōu)勢： 1.工作環(huán)境多樣 在先進(jìn)技術(shù)的支持下，“祥龍”高適應(yīng)性、多功能蛇形機(jī)器人可以在地震、火災(zāi)、水災(zāi)、易燃易爆等多種復(fù)雜環(huán)境中實施救援。 2.動力充足 采用動車組分散式多動力源，為“蛇”的運動提供充足的能量。 3.智能反應(yīng) 本機(jī)器人可以收集聲音、溫度、位置、影像等綜多方位信息。 4.性價比高 與同類產(chǎn)品相比，本產(chǎn)品性價比高，救援能力強(qiáng)，適合大范圍推廣。
同類課題研究水平概述
- 近十年來，尤其是“911”事件后，美國、日本等西方發(fā)達(dá)國家在地震、火災(zāi)等救援機(jī)器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各種可用于災(zāi)難現(xiàn)場救援的機(jī)器人。以牽引和運動方式的不同救援機(jī)器人主要可分以下幾類： 1、履帶式搜救機(jī)器人 履帶式機(jī)器人是為了滿足軍事偵察、拆除危險物等作業(yè)的需要，在傳統(tǒng)的輪式移動機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。他們主要是為了滿足軍事需要而開發(fā)的．體積普遍偏大，不太適合在倒塌的建筑物廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋幸存者。 2、可變形(多態(tài))搜救機(jī)器人 為了能進(jìn)入狹小空間展開搜救工作，要求機(jī)器人的體積要盡可能小，但體積小了搜索視野就會受到限制，為解決這一矛盾，近年來在傳統(tǒng)牽引式搜救機(jī)器人平臺基礎(chǔ)上，研制出了形態(tài)可變的履帶式多態(tài)搜救機(jī)器人。PackBot機(jī)器人有一對鰭形前肢，這對鰭形前肢可以幫助在崎嶇的地面上導(dǎo)航，也可以升高感知平臺以便更好地觀察。 3、仿生搜救機(jī)器人 雖然履帶式可變形多態(tài)機(jī)器人可根據(jù)搜索空間的大小改變其形狀和尺寸，但受驅(qū)動方式的限制，其體積不可能做得很小。為了滿足對更狹小空間搜索的需要，人們根據(jù)生態(tài)學(xué)原理研制出了各種體積更小的仿生機(jī)器人，其中蛇形機(jī)器人就是其中很重要的一類。CMU研制的安裝在移動平臺上的蛇形機(jī)器人，日本大阪大學(xué)研制的蛇形機(jī)器人。 日本是最早開展蛇形機(jī)器人研究的國家，東京科技大學(xué)1972年研制出世界上第一臺蛇形機(jī)器人，其速度可達(dá)40厘米/秒，而美國的蛇形機(jī)器人研究則代表了當(dāng)今世界上的先進(jìn)水平，2000年10月，美國航天局在加利福尼亞裝備研制中心展示了一種用于外太空探險的蛇形機(jī)器人，它在一些復(fù)雜地形進(jìn)行行走是如履平地，運動十分靈活。 在國內(nèi)，國防科技大學(xué)是我國最早開展機(jī)器人研制的單位之一，我國中國科學(xué)院沈陽自動化研究所，北京航空航天大學(xué)等單位也都相繼研制出了類似的蛇形機(jī)器人系統(tǒng)。隨著技術(shù)的不斷成熟，相信蛇形、蠅形等仿生機(jī)器人會在災(zāi)難搜救工作中發(fā)揮越來越大的不可替代的特殊作用。
