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基本信息
- 項目名稱：
- 分布式仿生救援機器蝎的研究與設(shè)計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 分布式仿生救援機器蝎是為災(zāi)難救援而研制的，它的任務(wù)是在大地震后的地下廢墟中參與救援并尋找幸存者。它是由主機器人與分布式探測機械蛋組成，其中主機器人配備了彩色攝像機、電子羅盤、測距定位系統(tǒng)和通訊等系統(tǒng)，而機械蛋的參與可以提高搜索和探測范圍，并構(gòu)建起一個分布式無線自組網(wǎng)絡(luò)，將分布各處的機械蛋探測結(jié)果通過自組網(wǎng)發(fā)至主機器人或遠(yuǎn)處的救援人員，以提高救援效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 發(fā)生地震和煤礦安全事故時，由于事故現(xiàn)場地形復(fù)雜，使救援人員不能很好的開展救援活動。所以有必要設(shè)計一種救援機器人在大地震后的地下廢墟中參與救援并尋找幸存者。 本機器人由主機器人與分布式探測機械蛋構(gòu)成，其中主機器人配備了彩色攝像機、電子羅盤、測距定位系統(tǒng)和通訊等系統(tǒng)，而分布式探測機械蛋則有一些必要的傳感設(shè)備和無線射頻模塊組成。機械蛋的參與可以提高機器人的搜索探測范圍，并在救援現(xiàn)場構(gòu)建起一個分布式無線自組網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的各個探測機械蛋將分布各處的探測結(jié)果通過自組網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)至主機器人或遠(yuǎn)處的救援人員，以提高救援效率。 一、主體機器人的設(shè)計： 1、機械部分 底盤的設(shè)計： 為適應(yīng)在不同的地形環(huán)境，我們采用履帶式機器人底盤。設(shè)計中采用了機械臂輔助行走的方案設(shè)計使得機器人的行走方案得以簡化的同時不減其越障能力。 機械臂的設(shè)計： 機械臂的設(shè)計擺脫了傳統(tǒng)，不僅可以用來拿握物品，更有輔助履帶行走的功能，當(dāng)機器人遇到難以通過的障礙物的時候，此時機械臂將發(fā)揮強大的作用。機械臂采用推桿電機，每個推桿電機的推力都在300kg以上，這就很好的解決了它的輔助行走動力問題。機器人的手臂主要完成以下幾個功能：抓舉物體，伸展等。采用二自由度，同時結(jié)合車體的移動可以完成較大范圍的探測。通過控制推桿電機的伸展和收縮實現(xiàn)機械臂的運動。 機器蝎動作控制： 機器蝎的控制主要包括行進(jìn)控制、機械臂控制和變形控制等方面。機器蝎需要控制在一個合適的速度行駛，在救援的過程中既要以較快的速度找到救援地點，又要防止因為碰撞而影響或災(zāi)難地惡略的環(huán)境。小車的速度是由兩只24V 240W的直流電機控制。為了能夠驅(qū)動如此大功率的兩臺電動機我們選用了FSBB20CH60的高性能功率模塊。 主控電機驅(qū)動： 智能功率模塊是電力集成電路的一種，集功率器件( IGBT)、驅(qū)動電路和保護(hù)功能于一體,內(nèi)部含有門極驅(qū)動控制、故障檢測和多種保護(hù)電路，其核心器件是IGBT。智能功率模塊與以往IGBT模塊及驅(qū)動電路的組件相比具有許多優(yōu)點：內(nèi)含驅(qū)動電路、過電流保護(hù)(OC)、短路保護(hù)(SC)、驅(qū)動電源欠壓保護(hù)(UV)、過熱保護(hù)和故障輸出(FO)等。因此作為次分布式仿生救援機器蝎的主控電機驅(qū)動，其有著相當(dāng)高的可靠性。 2.數(shù)據(jù)采集 圖像采集子系統(tǒng)：用于操作人員觀察機器人自身狀態(tài)和環(huán)境情況,并且要求能夠按照操作人員需要,搜尋目標(biāo)并識別。因此需要安裝云臺攝像機搜尋和識別救援目標(biāo),安裝幾個小攝像頭觀察自身狀態(tài)。 環(huán)境信息采集子系統(tǒng)：采集周圍環(huán)境信息,用于對比賽環(huán)境進(jìn)行地圖繪制和機器人自身定位。對比一些測量手段,超聲波測距及電子羅盤具有數(shù)據(jù)獲取速度快,實時性強數(shù)據(jù)量大,精度較高主動性強,能全天候工作全數(shù)字特征,信息傳輸、加工、表達(dá)容易等等優(yōu)勢。因此選用超聲波及電子羅盤構(gòu)建環(huán)境地圖。 3.網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，控制臺計算機和機器人上的凌動N270平臺各安裝有一塊TL-WN322G+ 54M無線USB網(wǎng)卡。他們之間通過TP-LINK公司生產(chǎn)的TL-WR741N150M無線寬帶路由器組成無線局域網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)采用IEEE 802.11g協(xié)議，傳輸距離室內(nèi)最遠(yuǎn)100米；室外最遠(yuǎn)300米。把無線路由器置于操控臺和機器人之間的高處,使無線路由器和兩塊無線網(wǎng)卡之間的障礙物盡可能少,充分的利用了無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域,并且盡量減小了無線信號的衰減,使傳感器信息和控制信號能夠傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。 二、分布式機械蛋的設(shè)計： 微型機械蛋的設(shè)計目的微型機械蛋體積小重量輕，活動靈活。 1、主控模塊：完成探測，信息采集分析，RSSI定位定向。 2、微型機械蛋：采用蛋形結(jié)構(gòu)，體積小方便進(jìn)入復(fù)雜地形，可以發(fā)出光芒可使人看到！ 生命信號探測模塊：人聲識別結(jié)合熱釋紅外傳感器搜尋幸存者。 3、自主導(dǎo)航模塊：電子羅盤結(jié)合超聲波傳感器實現(xiàn)微型機械但在復(fù)雜地形的自主導(dǎo)航。 定位模塊：利用RSSI定位算法實現(xiàn)微型機。 械蛋的實時定位，并通過無線網(wǎng)傳輸給主控模塊。 4、自組網(wǎng)：實現(xiàn)當(dāng)微型機械蛋與主控模塊距離過遠(yuǎn)時采用自組網(wǎng)的形式傳回當(dāng)前數(shù)據(jù)。
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)
- 救援機器蝎設(shè)計、發(fā)明的目的： 近年來隨著接連不斷的局部戰(zhàn)爭的爆發(fā)和恐怖事件的發(fā)生，因救援及排險而造成的二次傷害已成為公眾關(guān)注的焦點問題，采用機器人參與這些工作可明顯降低人員的再傷害。 基本思路： 根據(jù)機器人設(shè)計及應(yīng)用領(lǐng)域，對機器人進(jìn)行設(shè)計。首先機器人必須進(jìn)入救援現(xiàn)場才能實施救援，而救援現(xiàn)場地形復(fù)雜，采用機械臂輔助履帶式行走方案可以較好的保持其越野能力，同時為了進(jìn)一步增強探測范圍，采用分布式機械蛋，進(jìn)行分布探測。 創(chuàng)新點： 首先設(shè)計采用機械臂輔助行走，大大提高了機器蝎的環(huán)境適應(yīng)力，使其在保持較強越野能力的同時簡化行走方案。其次分布式機械蛋的參與可以提高機器人的搜索探測范圍，并在救援現(xiàn)場構(gòu)建起一個分布式無線自組網(wǎng)絡(luò)，將分布各處的機械蛋探測結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)處的救援人員，大大提高了救援效率。 關(guān)鍵技術(shù)： 1、機器人主題的設(shè)計 2、分布式系統(tǒng)的應(yīng)用 3、傳感設(shè)備的綜合應(yīng)用
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品通過對相關(guān)圖表數(shù)據(jù)的分析、論文的參考以及相關(guān)報道的了解，采用合理的力學(xué)分析，建立了分布式仿生救援機器蝎的系統(tǒng)模型。設(shè)計思路清晰，功能合理， 通過對相關(guān)資料及報道的了解，一些發(fā)達(dá)國家機器人的研究一直處在世界的前沿，我國發(fā)展還處在功能性的可實現(xiàn)研究階段，機器人用于救援也是最近幾年才發(fā)展起來的研究方向。本作品結(jié)合機器人與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并結(jié)合應(yīng)用于災(zāi)后救援，具有一定先進(jìn)性
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品曾在2010年中國機器人大賽（7月18—20日，鄂爾多斯）公開賽救援小組中斬獲佳績，榮獲季軍。
作品所處階段
- 作品主體已基本完成，各個模塊也調(diào)試成功，即將進(jìn)入最后的整體的組裝及調(diào)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 1：論文展示 2：視頻展示 3：現(xiàn)場實物展示
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)濟效益預(yù)測
- 分布式仿生救援機器蝎是為災(zāi)難救援而研制，使用在地震的災(zāi)后救援，危險物品的排除及危險環(huán)境的探查領(lǐng)域。 機器人配備了彩色攝像機、電子羅盤、測距定位系統(tǒng)和通訊等系統(tǒng)，并可由機械蛋在現(xiàn)場構(gòu)建起一個分布式無線自組網(wǎng)絡(luò)，將機器人及分布各處的機械蛋探測結(jié)果通過自組網(wǎng)發(fā)至主機器人或遠(yuǎn)處的救援人員，救援效率高。 隨著近年來接連不斷的局部戰(zhàn)爭的爆發(fā)和恐怖事件的發(fā)生，由機器人參與的救援機排險工作因其可明顯降低工作中人員的再傷害必將成為公眾關(guān)注的焦點問題并具有廣泛的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 國外尤其是美國一些發(fā)達(dá)國家機器人的研究一直處在世界的前沿，國內(nèi)發(fā)展較落后，機器人的設(shè)計還處在功能性的可實現(xiàn)研究階段，機器人用于救援也是最近幾年才發(fā)展起來的研究方向，而結(jié)合機器人與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并應(yīng)用于災(zāi)后救援的尚未見報道。
