基本信息
- 項目名稱：
- 肢體運動模仿機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 這件作品為仿人類雙手手臂的類人機器人。該機器人的控制方式為，通過穿戴在人體表面的外骨骼控制器，將人類手臂的靈活運動方式轉化為機械臂的運動，從而達到靈活控制機械臂的目的。 這種控制方式的特點是，能夠用最便捷的方法簡單方便的完成對機械臂的控制。對于控制多臂大型機械有著它獨有的優(yōu)勢。
- 詳細介紹：
- 該作品的主要特點為控制方式的創(chuàng)新，相信大家看到它的第一眼，就會聯想到前不久上映的科幻電影《阿凡達》。因為，這件作品和電影中的機器人的控制方式如出一轍。我們制作了能夠穿戴在人們身上的外骨骼控制器，控制器的整體就如一個人體上身的骨骼一樣。在控制器的關節(jié)上安裝有角度傳感器，通過對外骨骼的關節(jié)處角度的數據采集，經過單片機的處理后，給伺服電機相應的信號，從而完成對機械臂的控制。 這種控制方式雖然比較簡單。但是，對復雜的機械臂運動的控制有著它獨特的優(yōu)勢。現在，大多數的機械臂的運動控制方式為程序的直接控制，程序過于復雜且較容易出錯，一個精密械臂的控制往往需要配備多臺計算機進行控制。采用類似這種主從機器人的控制方式使電路更加簡單，從而整套設備的維護成本也大大降低。對環(huán)境的的要求也大大降低，滿足了工程機械的一般工作環(huán)境。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 現在社會飛速發(fā)展，而一些大型工程的建設速度往往可以影響一個國家的經濟發(fā)展速度（比如我國的三峽大壩）。而這些大型工程的建設必然離不開大型機械的參與，其中就有我們所關注挖掘機。 目前挖掘機的控制還是由人來操縱搖桿進行挖掘動作的完成，這不僅需要操縱人員擁有良好的技術，還要有精密的配合。這就使得這類機器的工作效率大打折扣，因此也就出現了一個挖掘機高級駕駛員難以尋找的現象，有些公司即使花重金也無法聘請到高級挖掘機駕駛員。 而我們這個作品的第一期目標就是，簡化這種復雜的操作。大家都知道人體本身就是一個構造十分緊密，配合十分協調的結構體。無論多么靈巧的結構都沒法與它媲美，我們?yōu)槭裁床贿\用現成的復雜結構體去控制一個簡單的結構體呢？因此我們的第一期目標就是能夠利用簡單的結構將人體手臂的運動同步于挖掘機機械臂的運動。 這個作品的第二期目標，就是利用人體去控制一個人形機器人，這個機器人將會完全復制人體的各種運動，并且可以把機器人自身的運動實時的反饋給操作者，以便于及時調節(jié)機器人的形態(tài)。這個項目主要是為了未來研制大型救援或工程人形機器人的控制問題做一些探索性的研究。
科學性、先進性
- 利用主從機械臂的原理，將人體手臂的靈活運動反映到機械臂上，是原本十分笨拙遲鈍的機械臂能夠靈活的運動并完成相關活動。肢體仿生系統(tǒng)的突出特點就在于它將人類對肢體控制的智能型與靈活性完美的反應到了笨重的機械上，雖然人體的操作精度還沒有辦法和現在能精確到毫米級的工業(yè)機器人相比，但像應用于工程的大型挖掘機、灌漿機等不需要毫米級的精確度。這類機械的工作效率往往又決定了整個工程的進度，而肢體仿生系統(tǒng)的應用就能夠極大的提高這類大型機械的工作效率進而能夠迅速的完成工程。 如果此系統(tǒng)以后在大型機械上能夠應用成功，必將引起新一輪大型工程機械的革新，原本需要多人協調才能完成操控的大型機械一個人就可以輕松完成，既提高效率，又能夠節(jié)省人力資源。此系統(tǒng)能在自動化機器人日漸成熟的今天之所以能有其立足之地，就在于它巧妙的繞開了智能機器人開發(fā)的最為困難的一個部分——機器人自動控制問題，沒有復雜的控制程序，沒有復雜的傳感系統(tǒng)，也不用高速計算機提供支持，只要是健康的人就可以自如的控制大型機械，就像是自己的手臂去工作
獲獎情況及鑒定結果
- 此作品獲得蘭州理工大學2010年科創(chuàng)資金的支持，通過項目組所有成員共同努力，最終完成了項目所預期的第一期目的，實現了對機械臂的實時控制，在隨后接下來的時間繼續(xù)努力，現已完成第二期的目標。
作品所處階段
- 實驗探究階段，已經完成基礎模型的制作。
技術轉讓方式
- 本項目正在申請國家發(fā)明專利過程中，若有生產廠商愿意投資生產，愿以技術入股的方式進行技術轉讓
作品可展示的形式
- 可進行現場的實物展示。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 為大型機械的控制方法提出一種嶄新的模式。有利于提高此類機械的工作效率以便于適應社會的快速發(fā)展，并有可能給人們的生活帶來許多便利。 如果能夠在挖掘機、灌漿機等大型工程機械上廣泛運用這種技術并對其進行改造，就可以顯著提高這些工程機械的工作效率，因此人體仿生系統(tǒng)具有很大的市場潛力。
同類課題研究水平概述
- 人們都知道，世界上最靈巧的機構都是人類自身，因為多么復雜的機械系統(tǒng)都是人類去創(chuàng)造的，肢體仿生系統(tǒng)，通俗的說法就是一個利用人體本身優(yōu)異的協調和靈活性去控制一些動作復雜而且十分笨重不易操控的大型多關節(jié)工程機械或者機械臂，這樣既解決了控制的復雜性，又減小了由于操作失誤而引發(fā)事故的可能性！ 1980年美國中心研究實驗室生產了13種型號的主從機械手 中國科學院沈陽自動化研究所 ，1995.12.26申請了“主從機械手通用型主手裝置”的專利。 斗山集團的主從式挖掘機。其控制原理為：采用一種主從方式的控制形式，即通過手指、手腕、大臂分別對應控制鏟斗、斗桿與動臂;通過小臂的左右偏轉來控制挖掘機的回轉。在操作過程中，當操作者(主控制方)的相應關節(jié)動作后，計算機采集到該信號，并與安裝在挖掘機(從控制方)上的角度傳感器的信號進行比較。如果存在偏差，則發(fā)出遙控信號控制挖掘機消除偏差，從而達到控制挖掘機的目的。由于其原理是點到點控制，因此在同步性上存在誤差。 這是現在正在驗證階段的應用案例。
