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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 面向老齡化社會服務(wù)的全方位移動機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 此項(xiàng)目為主要面向老齡化社會服務(wù)的全方位移動機(jī)器人。從設(shè)計(jì)整體上講，組合式全方位輪解決了限制該類輪子應(yīng)用的瓶頸問題，即輪子的強(qiáng)度及承載力的問題，有效地提高了全方位輪的承載能力，同時改善了越障能力。該全方位輪可以應(yīng)用到輪椅上，幫助人們方便靈活地運(yùn)動。也可以應(yīng)用到自動化工廠，實(shí)現(xiàn)在擁擠環(huán)境下的重物搬運(yùn)工作。具有廣泛的市場空間和應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 在現(xiàn)代化設(shè)備聚集的工廠，人員眾多的醫(yī)院，機(jī)場，停車場等場合，現(xiàn)有的移動運(yùn)輸設(shè)備已經(jīng)不能滿足靈活操作和運(yùn)輸?shù)男枰Ｑ兄埔环N能夠靈活運(yùn)動的移動機(jī)構(gòu)是本項(xiàng)目的研究目標(biāo)。 目前靈活的全方位移動機(jī)構(gòu)的全方位移動輪的強(qiáng)度及跨越障礙方面存在著很大局限性。為解決該問題，提出一種新型組合式全方位輪。解決困擾全方位輪應(yīng)用的強(qiáng)度問題，同時提高全方位平臺的越障能力。 該機(jī)構(gòu)采用特殊的球輪結(jié)構(gòu)，應(yīng)用錐體側(cè)邊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和錐齒輪差速器原理，采用四個90度錐形球冠組成了一個近似球形的輪體，實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)和被動運(yùn)動。結(jié)構(gòu)上，該輪的錐體又組成了一個全封閉球形結(jié)構(gòu)體，四個被動旋轉(zhuǎn)軸組成了結(jié)構(gòu)體的骨架，類似于輪子的輪轂部分，四個錐體的相互作用使作用力被分解在四個被動軸上，有效地提高了輪子的強(qiáng)度。采用兩組該類結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了與地面的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 整體上講，組合式全方位輪解決了限制該類輪子應(yīng)用的瓶頸問題，即輪子的強(qiáng)度及承載力的問題，有效地提高了全方位輪的承載能力，同時改善了越障能力。該全方位輪可以應(yīng)用到輪椅上，幫助人們方便靈活地運(yùn)動。也可以應(yīng)用到自動化工廠，實(shí)現(xiàn)在擁擠環(huán)境下的重物搬運(yùn)工作。具有廣泛的市場空間和應(yīng)用前景。
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)
- 面對當(dāng)前移動設(shè)備的靈活性不足，以及傳統(tǒng)全方位移動機(jī)構(gòu)的承載能力及越障性能差的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種全面克服承載及越障性能等缺陷的新型全方位移動機(jī)器人。 本研究創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了全方位輪，突破了困擾全方位輪應(yīng)用的瓶頸問題——越障和強(qiáng)度。采用錐體的被動運(yùn)動原理，應(yīng)用多錐體組合成力封閉的近似球形機(jī)構(gòu)，提高了承載能力。同時由于錐形球體具有大回轉(zhuǎn)半徑，提升了該輪的越障能力。由該輪組成的機(jī)器人平臺可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動，具有較強(qiáng)的承載能力和越障能力。 理論上，在球形幾何結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用錐體的側(cè)邊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和錐齒輪差速器原理解決了輪與地面接觸過程中的運(yùn)動約束問題。 機(jī)構(gòu)上，設(shè)計(jì)了新型的組合式全方位輪形機(jī)構(gòu)，具有力封閉的幾何結(jié)構(gòu)，提高了全方位輪的剛度和強(qiáng)度。 功能上，提高了全方位輪的越障能力，解決了困擾全方位輪承載能力的瓶頸問題。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前靈活的全方位移動機(jī)器人的全方位移動輪的強(qiáng)度及跨越障礙方面存在著很大局限性。為解決該問題，提出一種新型多錐形球體組合式全方位輪。解決困擾全方位輪應(yīng)用的強(qiáng)度問題，同時提高全方位平臺的越障能力。 該機(jī)器人采用特殊的球輪結(jié)構(gòu)，應(yīng)用錐體側(cè)邊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和錐齒輪差速器原理，采用四個90度錐形球冠組成了一個近似球形的輪體，實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)和被動運(yùn)動。結(jié)構(gòu)上，該輪的錐體又組成了一個全封閉球形結(jié)構(gòu)體，四個被動旋轉(zhuǎn)軸組成了結(jié)構(gòu)體的骨架，類似于輪子的輪轂部分，四個錐體的相互作用使作用力被分解在四個被動軸上，有效地提高了輪子的強(qiáng)度。采用兩組該類結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了與地面的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 整體上講，全方位輪的設(shè)計(jì)解決了限制該類輪子應(yīng)用的瓶頸問題，即輪子的強(qiáng)度及承載力的問題，有效地提高了全方位輪的承載能力，同時改善了越障能力。該全方位輪可以應(yīng)用到輪椅上，幫助人們方便靈活地運(yùn)動。也可以應(yīng)用到自動化工廠，實(shí)現(xiàn)在擁擠環(huán)境下的重物搬運(yùn)工作。具有廣泛的市場空間和應(yīng)用前景。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
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
- 該全方位機(jī)器人的研究成功，解決了目前全方位機(jī)器人的強(qiáng)度問題。完全可以實(shí)現(xiàn)全方位輪椅的功能，幫助殘疾人實(shí)現(xiàn)無障礙性的活動，可以實(shí)現(xiàn)跨越小型障礙物，電梯與地面之間的間隙等。也可以應(yīng)用到繁忙而擁擠的飛機(jī)場，汽車站和火車站，在這些場所內(nèi)靈活地運(yùn)輸貨物人員等。自動化工廠也需要靈活高負(fù)載的運(yùn)輸設(shè)備來運(yùn)送工具、工件等，特別適合應(yīng)用在兩個工作島之間的自動運(yùn)輸和作業(yè)。可以看出，該全方位輪具有廣泛的市場前景。 該機(jī)器人技術(shù)的成熟應(yīng)用將帶來很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益
同類課題研究水平概述
- 目前，全方位移動機(jī)構(gòu)大致分為兩種：一種是采用特殊輪結(jié)構(gòu)，而另一種是應(yīng)用傳統(tǒng)輪結(jié)構(gòu)。多數(shù)的特殊輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念是：在輪子的一個方向上具有約束以獲得驅(qū)動力，而在另一個方向上去除約束以實(shí)現(xiàn)被動運(yùn)動。作為特殊輪的一個經(jīng)典的設(shè)計(jì)為：在一個傳統(tǒng)輪結(jié)構(gòu)的圓周上安裝一系列的被動輪，這些被動輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直或傾斜于傳統(tǒng)輪的旋轉(zhuǎn)軸，例如：麥克納姆輪的設(shè)計(jì)[1]。其它特殊輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括正交輪結(jié)構(gòu)[2]和球輪結(jié)構(gòu)[3]。特殊輪結(jié)構(gòu)的全方位移動機(jī)器人具有很強(qiáng)的運(yùn)動靈活性和穩(wěn)定性[4]，而且能夠非常精確地實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤。但是該類移動機(jī)構(gòu)除了機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜之外，還存在著越障能力差，承載能力低，被動滾輪容易引起車體振動等缺點(diǎn)。正交輪的機(jī)構(gòu)簡單，但承載能力不足。球輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動靈活，但機(jī)構(gòu)過于復(fù)雜，驅(qū)動力不足[4,5]?；趥鹘y(tǒng)輪結(jié)構(gòu)的全方位移動機(jī)構(gòu)主要采用轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)都具有獨(dú)立驅(qū)動的腳輪結(jié)構(gòu)[6]，這種機(jī)構(gòu)雖然承載能力強(qiáng)，但運(yùn)動靈活性和穩(wěn)定性較差，控制困難。 麥克納姆輪是一種非常有效的全方位運(yùn)動機(jī)構(gòu)如圖所示，它的輪體不是由普通的輪胎組成，而是分布了許多能夠自由旋轉(zhuǎn)的小棍子。這些小棍子類似斜齒輪的齒，棍子的回轉(zhuǎn)軸線與輪子的回轉(zhuǎn)軸線成一定的傾斜角度布置（通常為45度），而這些棍子的外廓線與輪子的理論圓周線相重合，保證了輪子與地面的連續(xù)接觸及棍子的自由旋轉(zhuǎn)。麥克納姆輪具有三個自由度，一個是繞輪子軸線轉(zhuǎn)動，第二個是繞棍子軸線的轉(zhuǎn)動，第三個是繞輪子和地面接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動。其中輪子由電機(jī)驅(qū)動，另兩個自由度自由運(yùn)動。 麥克納姆輪及應(yīng)用連續(xù)切換輪是由一個輪盤支架和固定在支架上的棍子構(gòu)成，如圖2所示，一周的棍子組成的外輪廓線恰好是連續(xù)切換輪的外輪廓線。輪的回轉(zhuǎn)軸線與棍子的回轉(zhuǎn)軸線垂直，這與麥克納姆輪的角度不同，可以認(rèn)為連續(xù)切換輪是麥克納姆的一個特例，兩種輪的運(yùn)動原理基本相同。 正交輪是一種依靠兩組機(jī)構(gòu)交替與地面接觸實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，如圖3所示，通常采用去除球冠的兩個球體來運(yùn)動。由于兩個球體回轉(zhuǎn)軸線的垂直布置，所以稱這種輪為正交輪。 偏心輪機(jī)構(gòu)通常是由一個處于偏心位置的驅(qū)動輪和一個帶有偏心的驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成。偏心輪機(jī)構(gòu)不采用輪盤上輥?zhàn)忧袚Q的方式來運(yùn)動，減少了運(yùn)動過程中的震動和打滑現(xiàn)象，但這種機(jī)構(gòu)在運(yùn)動的靈活性不足。
