基本信息
- 項目名稱：
- 六足搶險救災(zāi)智能機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是模擬多足爬行動物的一種仿生機器人。針對火災(zāi)、核輻射和礦難等極端環(huán)境的探測而研制。軀體結(jié)構(gòu)分為三部分，各部分之間采用雙聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，具有一定的越障能力。檢測部分采用模塊化配置，根據(jù)需要進行搭配，可實現(xiàn)溫度、濕度、有害氣體濃度、圖像信息、位置坐標等數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)傳送采用RF傳輸方式，擺脫了有線方式對運動范圍的限制。本作品具有自動避障的功能，同時也可人工遙控。安裝了GPS模塊提高了運動的精確性。
- 詳細介紹：
- 六足搶險救災(zāi)智能機器人 摘要：多足機器人是當前研究的熱點，六足機器人主要用于礦災(zāi)、震災(zāi)后極端環(huán)境下的探測搜救。它可通過狹小空間，通過人機交互控制實現(xiàn)復雜地礦地貌環(huán)境下的時空信息獲取，探測生命跡象，爭取救援時間，提高援救效率。 關(guān)鍵詞：礦災(zāi)火災(zāi) 信息探測 RF傳輸 多足機器人 仿生學 作品介紹： 六足搶險救災(zāi)智能機器人是模擬多足爬行動物運動的一種仿生機器人。針對救災(zāi)、國防、科研和日常生活中各類信息采集任務(wù)而研制。軀體結(jié)構(gòu)分為三部分，各部分之間采用雙聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，具有一定的越障能力。檢測部分采用模塊化配置，根據(jù)不同的任務(wù)需要進行搭配，可實現(xiàn)溫度、濕度、有害氣體濃度、圖像信息、位置坐標等數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)傳送采用RF傳輸方式，擺脫了有線方式對運動范圍的限制。六腳搶險救災(zāi)智能機器人具有自動避障的功能，同時也可人工遙控。安裝了GPS模塊提高了運動的精確性。 一.研究背景 在核危機中，許多現(xiàn)場工作人員受到輻射；在科研中，工作人員難以進入狹小的空間給某些方面的信息采集和研究帶來了不便；在軍事上，偵察兵進入敵區(qū)探測敵情有很大的生命危險；在恐怖事件中，隨時爆炸的炸彈給排爆人員造成了極大的心理壓力。針對上述難題，本小組投入了對六足搶險救災(zāi)智能機器人的研究制做，是模擬多交爬行動物的運動形態(tài)開發(fā)設(shè)計的一種仿生機器人，經(jīng)過不斷改進，已經(jīng)試制了兩代原理樣機。 二.目的及意義 六足搶險救災(zāi)智能機器人針對災(zāi)難現(xiàn)場救援檢測，科研數(shù)據(jù)采集，戰(zhàn)場偵察，公共場所安檢排爆等領(lǐng)域而設(shè)計研制。通過多種信息采集模塊組合搭配，以完成不同的任務(wù)需求。六足搶險救災(zāi)智能機器人所采集到的數(shù)據(jù)信息通過RF無線發(fā)回控制終端和上位機，為各種任務(wù)的決策者提供實時現(xiàn)場信息，從而輔助決策。 三.獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在分析了多足爬行動物的前進、轉(zhuǎn)彎、后退、觀望等多種運動形態(tài)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了機器人的關(guān)節(jié)，通過Pro/E模擬仿真，設(shè)置其前進步伐的跨度和旋轉(zhuǎn)的弧度，確保其結(jié)構(gòu)緊湊，運動時各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)穩(wěn)定，同時考慮機器人腿部的承載能力，以此對機器人模型進行計算，得到其各零部件的設(shè)計參數(shù)和各關(guān)節(jié)的運動參數(shù)。 四.控制系統(tǒng)分析 根據(jù)應(yīng)用范圍和需要，本作品控制部分采用雙控制核心協(xié)調(diào)控制，分別用于運動步態(tài)的控制和傳感器的檢測，整個控制系統(tǒng)運用遙控無線傳輸方式，控制范圍和精度滿足所需要求。 五.運動參數(shù)的分析 依照上位機調(diào)試的轉(zhuǎn)角，我們進行了編程，結(jié)合特殊的機械結(jié)構(gòu)模型，六足搶險救災(zāi)智能機器人前進運動模式是行之有效的。通過對機器人每種運動形式用Pro/E建模仿真獲取每個電機運動的時序是工作的重點。 六.創(chuàng)新點及先進性 創(chuàng)新點： 1. 機器人技術(shù)與智能檢測技術(shù)的有機結(jié)合，實現(xiàn)了檢測平臺的可移動化和機器人的儀器化； 2. 多足多節(jié)機器人模式設(shè)計，各部分之間采用雙環(huán)聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，提高了機器人運動和越障的靈活性。 作品可模擬幾種六足生物運動，實現(xiàn)了六足機器人運動模式的多樣性，使其對環(huán)境的自適應(yīng)能力強；作品結(jié)構(gòu)簡單，具有模塊化和可重組特點，多足爬行的特點使其運動更靈活性，運動平穩(wěn)度高；六足機器人通過人機互動實現(xiàn)了狹小物理空間環(huán)境的內(nèi)部多維時空信息探測，并能有效傳輸。六足機器人獨特的攀爬和翻越障礙的特性，使其在實際礦災(zāi)搜救的任務(wù)中能表現(xiàn)得更靈活。 七.研究應(yīng)用前景分析 研究前景： 1.提高機器人的智能性，使其能夠通過GPS自動到達設(shè)定的坐標。 2.把機器人各個模塊進行封裝，使其能夠防水防火防爆，增強其對環(huán)境的適應(yīng)性。 3.改善機器人的結(jié)構(gòu)，使其在進行各種動作的時候能夠更加的靈活。 應(yīng)用前景： 煤礦采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊牟蓸雍头治觯坏V災(zāi)、火災(zāi)、核輻射等事故后極端環(huán)境下的搜救及信息探測；軍事偵察、地下管道等非結(jié)構(gòu)環(huán)境下作業(yè)。六足機器人還可利用其良好的環(huán)境適應(yīng)能力在未來的星球探測中扮演重要角色。
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
- 目的：針對礦難、核輻射、火災(zāi)等極端環(huán)境的探測和搜救工作，以及進入狹小空間進行科研探索的難題，本小組投入了對六足搶險救災(zāi)智能機器人的研究制作。 基本思路：模擬多足爬行動物的運動形態(tài)，設(shè)計多足多節(jié)爬行智能機器人；采用GPS技術(shù)和無線傳感技術(shù)實現(xiàn)機器人運動定位控制和檢測信息實時傳輸；利用終端實時獲取機器人工作現(xiàn)場圖像信息和檢測參數(shù)信息。 創(chuàng)新點：機器人技術(shù)與智能檢測技術(shù)的有機結(jié)合，實現(xiàn)了檢測平臺的可移動化和機器人的儀器化；多足多節(jié)機器人模式設(shè)計，各部分之間采用雙環(huán)聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，提高了機器人運動和越障的靈活性。 技術(shù)關(guān)鍵：六足機器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計；非結(jié)構(gòu)環(huán)境下各種運動步調(diào)中運動參數(shù)與時序的獲??；現(xiàn)場環(huán)境信息的采集和反饋。 技術(shù)指標：系統(tǒng)工作電壓：9V ±0.5V；無線射頻收發(fā)模塊工作電壓：1.9—3.6V；GPS工作電壓：5V±0.5V；系統(tǒng)工作環(huán)境溫度：-30℃～70℃ ； 無線傳輸工作頻率：2.4—2.5GHZ；無線傳輸距離：100m；攝像視角范圍≦240°；視覺傳輸距離20-100m;
科學性、先進性
- 作品的科學性： 本作品行走時總有三腳著地，穩(wěn)定性好，能適應(yīng)較小崎嶇的路面；設(shè)計有云臺結(jié)構(gòu)并配置無線攝像裝置，操作人員能夠適時掌握現(xiàn)場的視覺景象；通過加載有不同的傳感器得到的現(xiàn)場信息，為決策提供依據(jù)；采用主動式紅外探測通過電平變化實現(xiàn)自動避障；采用2.4G無線通信控制，能夠遠距離多通道雙向傳輸數(shù)據(jù)；各電路板模塊化設(shè)計并與機體分離，便于對電路部分進行封裝。 作品的先進性： 本作品機身分離，各部分之間采用雙聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有六足機器人機身一體，轉(zhuǎn)動緩慢和只能在平整的路面上行走的缺點；裝載了多種不同的傳感器和GPS定位裝置，信息采集較全面；設(shè)計了云臺結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)有的攝像頭的視角范圍由55°擴大到235°。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在第五屆河南理工大學“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽中獲得一等獎； 在第九屆挑戰(zhàn)杯“贏響中原”河南省大學生課外學術(shù)科技作品競賽中獲得贏響中原最具投資創(chuàng)意獎；
作品所處階段
- 作品處于中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本作品已經(jīng)與深圳市德普施科技有限公司（武漢分公司）簽署技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，授予其使用權(quán)。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；圖紙；磁盤；現(xiàn)場演示；圖片；錄像
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)濟效益預測
- 使用說明： 本作品在通電后，內(nèi)部程序開始運行，當機器人上的無線模塊接收到遙控器發(fā)送來的控制信號后執(zhí)行相應(yīng)的動作，運動過程中紅外探頭進行探測避障。機身裝載傳感器及攝像頭等功能模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送回控制終端并顯示。 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 本作品采用無線通信，機器人能夠自由快速地完成更多動作；能夠進行智能巡航?jīng)Q策，也能無線控制機器人動作，實現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整改變巡航路線等；攝像頭模塊使控制人員能夠適時了解機器人周圍的環(huán)境；GPS模塊能在無法觀測的地方對機器人位置的確定；各個傳感器模塊可根據(jù)需要自由組合安裝。 應(yīng)用范圍： 由于采用模塊化的設(shè)計思路，機器人只需根據(jù)需要自由組合傳感模塊便可完成多種任務(wù)。如礦區(qū)瓦斯?jié)舛葯z測，核輻射現(xiàn)場的檢測，火災(zāi)現(xiàn)場的探測，機場可疑物品的觀察，以及科學考察等。 市場分析及推廣： 機器人采取模塊化設(shè)計思路，各功能部分可單獨加裝，從而降低了購買成本，只需購買相應(yīng)的功能模塊以及程序即可。機器人以及各功能模塊主要靠程序驅(qū)動，所以機器人可進行升級維護。
同類課題研究水平概述
- 日本是機器人研究大國，對六足機器人的研究處于世界領(lǐng)先水平。并開發(fā)了多種六足機器人。 美國是世界上最早開始研究多足機器人的國家。1977年美國俄亥俄州立大學研制了六足步行機器人OSU Hexapod。該機器人的關(guān)節(jié)呈空間布置，除了直進以外，還具有回轉(zhuǎn)、橫向步行和障礙避免的功能。1985年，該大學Waldron又開發(fā)了另一種代號為ASV的自適應(yīng)懸掛式六足步行機模型。1990年卡內(nèi)基美隆大學的Whittaker研制了用于外星探測的六足步行機Ambler。該機器人機構(gòu)的特點是軀體分成兩部分，腿可從中間穿過，從而使得后部的腿可邁到前部。20世紀末，美國羅克威爾公司在DARPA的資助下，研制出用于探測海邊地雷的螃蟹形水下步行機器人。在對昆蟲步態(tài)進行研究的基礎(chǔ)上，美國2000年研制出六足仿生步行機器人Biobot。 中國從20世紀80年代開始對六足步行機器人進行研究，并取得了一系列可喜的成果。錢晉武博士研究了地壁兩用六足步行機器人，進行了步態(tài)和運動學方面的研究。近年，北京航空航天大學對星球探測車進行了研究，提出九自由度六足全方位步行月球車。1990年，中科院沈陽自動化所研制出全方位六足步行機。該機器人不僅能在平地上步行，還能上樓梯。2000年，他們開發(fā)了一種形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動的微型六足步行機器人，機器人的肢體布局和結(jié)構(gòu)符合仿生學原理，輪廓尺寸為25mm×25mm×25mm。2002年，對SMA驅(qū)動的微型六足步行機器人進行了改進，創(chuàng)新設(shè)計了雙三足機器人的身體轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，并首次提出組合偏動SMA驅(qū)動器，使機器人的剛性軀體柔性化，從而實現(xiàn)了微型雙三足步行機器人(MDTWR)的全方位運動。2002年，顏國正教授等研制出一種新的六足微型機器人。該機器人基于仿生學的原理，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計獨特，能前進和后退。實驗結(jié)果表明該機器人有較好機動性能。2003年哈爾濱工程大學進行了兩棲仿生機械螃蟹的研究和開發(fā)。 六足機器人目前在國內(nèi)外的七大研究方向： （1）不平地面行走的步態(tài)研究； （2）輪足組合式步行機器人； （3）微型步行機器人； （4）仿生步行機器人； （5）提高載重/自重比； （6）自我定位和自動導航技術(shù)； （7）傳感技術(shù)和多傳感器的信息融合技術(shù)。
