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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能蛙板機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品將游龍板的反偏向輪運(yùn)動形式創(chuàng)新地應(yīng)用于機(jī)器人運(yùn)動控制研究領(lǐng)域，具有開拓意義；本機(jī)器人通過兩臂開合時輪子與地面產(chǎn)生的摩擦力前進(jìn)，運(yùn)動靈活敏捷，水陸均可驅(qū)動；實(shí)現(xiàn)了紅外測量側(cè)方及前方障礙物和道路寬度、調(diào)整兩臂擺幅以適應(yīng)道路寬度變化、靈活轉(zhuǎn)向避障（側(cè)面及前方）、遙控、倒車、多機(jī)協(xié)同前進(jìn)等功能；可用于水陸兩棲機(jī)器人、偵察機(jī)器人、舞蹈機(jī)器人等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，也可作為血液中微納米機(jī)器人運(yùn)動原型實(shí)驗(yàn)平臺。
- 詳細(xì)介紹：
- 機(jī)器人技術(shù)是一門快速發(fā)展的高新技術(shù),在交通、醫(yī)療、軍事、工業(yè)生產(chǎn)等方面用途廣泛。機(jī)器人的運(yùn)動形式、感知方式等是這一領(lǐng)域的一個重要研究方向。 目前已經(jīng)提出的機(jī)器人運(yùn)動形式有輪式、履帶式、步行式等，本作品將游龍板的反偏向輪運(yùn)動形式創(chuàng)新地應(yīng)用于機(jī)器人運(yùn)動控制研究領(lǐng)域，具有開拓意義。該機(jī)器人的運(yùn)動與蛙泳形式相似，通過擺動機(jī)器人腿臂，利用腿臂上的反偏向輪與地面的作用力實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動，在水中也可產(chǎn)生驅(qū)動力，同時由于沒有螺旋槳，因此不會對水體生物或者人體血管產(chǎn)生風(fēng)險。機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)為直流電機(jī)、齒輪，使用金屬加工制作；電源使用鋰離子電池供電；在此基礎(chǔ)上又運(yùn)用AVR單片機(jī)和PWM直流電機(jī)控制技術(shù)制作了機(jī)器人的控制模塊，軟件使用專家控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了蛙板機(jī)器人的自動行駛。該機(jī)器人能夠通過安裝在前方和側(cè)方的測距傳感器探測運(yùn)動通道的寬度以及周圍的障礙物，通過專家控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)運(yùn)動方向與腿臂開合的寬度，使其能夠適應(yīng)不同的道路寬度，同時適當(dāng)轉(zhuǎn)向避開障礙物。該機(jī)器人使用無線通信模塊實(shí)現(xiàn)了遙控、多機(jī)協(xié)同組隊(duì)前進(jìn)的功能，使用腿臂上的舵機(jī)將動力輪反向后可以實(shí)現(xiàn)倒車功能；在兩臂實(shí)現(xiàn)獨(dú)立驅(qū)動后能夠?qū)崿F(xiàn)更為復(fù)雜和敏捷的動作，使得前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、倒車的方式和效率大為增強(qiáng)，甚至可以讓該機(jī)器人跳出“華爾茲”式的舒展舞蹈。 應(yīng)用上，可用于水陸兩棲機(jī)器人、偵察機(jī)器人、舞蹈機(jī)器人等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，也可作為血液中微納米機(jī)器人運(yùn)動原型、多機(jī)協(xié)同配合的實(shí)驗(yàn)平臺。
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(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、作品目的：本項(xiàng)目對反偏向輪運(yùn)動原理進(jìn)行分析，設(shè)計實(shí)現(xiàn)一種新驅(qū)動形式；通過專家控制系統(tǒng)來控制實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、道路寬度自適應(yīng)、轉(zhuǎn)向、倒車、多機(jī)編隊(duì)等功能。 2、基本思路：機(jī)器人由支撐平臺、腿臂、反偏向輪、測距傳感器、控制器等組成。反偏向輪產(chǎn)生前進(jìn)的動力，紅外傳感器用于進(jìn)行道路寬度測量以及障礙物的發(fā)現(xiàn)；改變后臂擺幅適應(yīng)道路寬度的變化；無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和多機(jī)協(xié)同；舵機(jī)控制反偏向輪軸的朝向?qū)崿F(xiàn)倒車。 3、創(chuàng)新點(diǎn)：（1）將反偏向輪運(yùn)動特性用于設(shè)計一種新的運(yùn)動形式；（2）該運(yùn)動形式在水陸兩棲環(huán)境均有驅(qū)動能力（類似游動），同時沒有螺旋槳，對水體生物及人體血管無破壞性危險；（3）紅外傳感器檢測路寬和障礙物，通過腿臂擺幅調(diào)節(jié)可適應(yīng)通道寬度變化；（4）通過無線模塊實(shí)現(xiàn)遙控及多機(jī)編隊(duì)；（5）機(jī)器人運(yùn)動表現(xiàn)力突出，兩腿獨(dú)立驅(qū)動時更為顯著；（6）改變反偏向輪軸方向?qū)崿F(xiàn)倒車。 4、技術(shù)關(guān)鍵：（1）對反偏向輪進(jìn)行建模分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人擺臂驅(qū)動方式；（2）設(shè)計腿臂擺動控制方法，改變擺動幅度和頻率來調(diào)節(jié)速度；（3）通過紅外測距傳感器識別測量障礙和路寬；（4）通過腿臂擺幅調(diào)節(jié)適應(yīng)路寬并避障；（5）舵機(jī)改變反偏向輪軸方向?qū)崿F(xiàn)倒車；（6）無線模塊實(shí)現(xiàn)遙控和多機(jī)協(xié)同。 5、技術(shù)指標(biāo)：（1）最小轉(zhuǎn)彎半徑1m；（2）最大運(yùn)行速度1.5m/s；（3）能耗40W；（4）路徑跟蹤精度5-6cm；（5）控制器控制頻率1K Hz；（6）紅外測距傳感器探測精度5-6cm，距離10-80cm；（7）遙控及無線通訊距離100m。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、本作品的先進(jìn)性首先體現(xiàn)在運(yùn)動形式的創(chuàng)新性上，突出特點(diǎn)在于：（1）基于反偏向輪運(yùn)動特性，通過腿臂擺動，實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人平順、快速運(yùn)動；（2）通過腿臂擺動，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人寬度調(diào)整，自主適應(yīng)道路寬度的動態(tài)變化，通過能力強(qiáng)；（3）運(yùn)動形式具有水陸兩棲的驅(qū)動能力，無螺旋槳作用，對水體生物以及人體血管無破壞性危險；（4）由腿臂擺動驅(qū)動，機(jī)器人肢體表現(xiàn)力豐富，行為能力突出；（5）轉(zhuǎn)向避障方式靈活多變； 2、智能蛙板機(jī)器人具有移動、避障、遙控、多機(jī)協(xié)同、倒車等功能；同時，重量小，速度快，運(yùn)動靈巧輕便，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊合理，實(shí)用性、穩(wěn)定性和通用性好等特點(diǎn)； 3、雙腿獨(dú)立驅(qū)動配合轉(zhuǎn)向輪可以完成非常復(fù)雜的運(yùn)動軌跡，在表現(xiàn)力等方面優(yōu)于普通的輪式機(jī)器人； 4、可用于水陸兩棲機(jī)器人、偵察機(jī)器人、舞蹈機(jī)器人等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域；也可用于機(jī)器人編隊(duì)表演；同時，可作為如血液中微納米機(jī)器人等生物機(jī)器人的運(yùn)動原型實(shí)驗(yàn)平臺。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 第六屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖片、錄像、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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
- 1、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 本作品設(shè)計了一種新的移動機(jī)器人運(yùn)動形式，該運(yùn)動形式在水陸環(huán)境均具有驅(qū)動能力（類似游動）；其通過腿臂擺幅調(diào)節(jié)可自主適應(yīng)不同通道寬度，運(yùn)動方式靈活，道路適應(yīng)能力強(qiáng)；雙腿獨(dú)立驅(qū)動時配合 轉(zhuǎn)向輪可以完成非常復(fù)雜的運(yùn)動軌跡，行為表現(xiàn)力優(yōu)于普通的輪式機(jī)器人。 2、適應(yīng)范圍和推廣前景 (1)可作為水陸兩棲機(jī)器人予以推廣，由于不存在螺旋槳機(jī)構(gòu)，因此對于人體內(nèi)部血管或者是水體中的生物非常安全； (2)由于可適應(yīng)道路寬度的變化，轉(zhuǎn)向倒車靈活，道路適應(yīng)能力強(qiáng)，因此可作為巡視偵察機(jī)器人應(yīng)用在工礦廠區(qū)、不適合人類進(jìn)入的區(qū)域等； (3)可作為多機(jī)器人協(xié)同編隊(duì)、生物微納米機(jī)器人等多種研究的實(shí)驗(yàn)平臺； (4)同時這種機(jī)器人運(yùn)動的表現(xiàn)力非常突出，對運(yùn)行動作進(jìn)行控制，可推廣應(yīng)用于機(jī)器人教學(xué)與演示領(lǐng)域。
同類課題研究水平概述
- 經(jīng)查閱沒有查詢到將這種運(yùn)動形式應(yīng)用于機(jī)器人設(shè)計制作領(lǐng)域的同類研究課題成果。
