基本信息
- 項目名稱：
- 手臂動作控制的無線監(jiān)控移動機械手
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品拋棄了傳統(tǒng)的操縱桿、鍵盤等人工控制方式，提出一種全新的控制理念，也就是用人的手臂和手部動作的變化來實現(xiàn)對可移動的多自由度機械手的無線控制，使操作簡單、直觀，并適用于一定復(fù)雜環(huán)境；另外，本作品還裝配了用于監(jiān)控的無線攝像頭，進一步擴大了本作品的適用范圍，與此同時，本作品增加了目標自動定位功能，實現(xiàn)了一定的智能化，進一步提高了工作效率，達到了一定程度的人工與智能相結(jié)合。 本作品驗證了用人手臂動作來控制機械手是可行的，結(jié)合此種控制方式直觀、簡單、人性化等優(yōu)點，再對控制對象加以更專業(yè)的改進，可應(yīng)用于軍事、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。
- 詳細介紹：
- 隨著機械智能化和適應(yīng)性的提高，機械手臂已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)、各個領(lǐng)域，機器人技術(shù)水平的高低往往反應(yīng)在機器人控制系統(tǒng)的性能和復(fù)雜程度上。同時隨著人機交互與人工智能變得越來越重要，人機結(jié)合如何規(guī)劃成為實現(xiàn)人機共存的重要一步。鑒于各種各樣的控制模式，我們設(shè)計出用人的手臂和手部動作實現(xiàn)對可移動的多自由度機械手的無線控制系統(tǒng)。與此同時，本作品還提供了目標自動定位功能，在一定程度上體現(xiàn)了人工與智能相結(jié)合的理念。按系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)劃分，本系統(tǒng)包括移動機械手、手掌及手臂無線控制模塊、無線視頻圖像傳輸模塊與目標自動定位模塊。 輪式移動機械手主要由機械手部分、小車部分以及主控板三部分構(gòu)成。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。 手掌及臂無線控制模塊以MSP430F149為控制核心，外接相應(yīng)傳感裝置，置于手套和手臂相關(guān)組件中。 無線圖像監(jiān)控由無線攝像頭及接收器、USB視頻采集設(shè)備和上位機軟件協(xié)同合作實現(xiàn)。攝像頭置于輪式機械手上，對其作業(yè)環(huán)境進行監(jiān)控。 目標自動定位模塊由兩個無線攝像頭及接收器、USB視頻采集設(shè)備和上位機軟件協(xié)同合作實現(xiàn)。兩個定位攝像頭置于移動機械手平臺上，實現(xiàn)對操作目標的定位。 硬件設(shè)計方面，分別介紹了MSP430F149的最小系統(tǒng)、ADXL202的配置電路以及MSP430F149的數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計和工作原理。 程序設(shè)計方面，介紹了前后臺程序結(jié)構(gòu)、一階濾波算法等，IAR FOR MSP430開發(fā)環(huán)境下編寫的單片機程序和C++ Builder開發(fā)環(huán)境下編寫的上位機軟件。
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
- ★設(shè)計目的：改變傳統(tǒng)的搖桿、鍵盤等控制方式，提出一種新的控制理念，用人的手臂和手部動作實現(xiàn)對移動機械手的無線控制，操作簡單、直觀，并適用于一定復(fù)雜環(huán)境；同時，增加了目標自動定位功能，實現(xiàn)了一定的智能化，進一步提高了工作效率。 ★基本思路：用人的手臂動作和手型姿勢的變化實現(xiàn)無線操控整個移動機械手，通過無線視頻進行運動監(jiān)控，用來監(jiān)視機械手作業(yè)環(huán)境、夾持對象和整個動作過程，使對機械手的控制與操控者的動作對應(yīng)，達到較好的人機工效目的。在此基礎(chǔ)之上，另外配備了兩個用于目標定位的無線攝像頭，提供了目標自動定位功能供使用者選擇。 ★創(chuàng)新點：機械臂的操控方式拋棄了傳統(tǒng)的鍵盤、搖桿等方式，通過觀察攝像頭獲得的視頻圖像，可利用人的手和臂的動作，實現(xiàn)對輪式機械手動作的操控，使操作更為形象和準確。同時，本作品還為使用者提供了目標自動定位功能，移動機械手可以自動移動到操作目標處，等待使用者操作，進一步提高了工作效率的同時，實現(xiàn)了一定程度的人工與智能的結(jié)合。 ★關(guān)鍵技術(shù)：⑴動作傳感器的設(shè)計⑵傳感器信息處理⑶無線數(shù)據(jù)/視頻傳輸⑷低功耗控制系統(tǒng)與監(jiān)控程序設(shè)計⑸運動機械手結(jié)構(gòu)與伺服電路設(shè)計⑹圖像處理技術(shù)的使用等。 ★主要技術(shù)指標：⑴四輪驅(qū)動的輪式機械手運動底盤⑵五自由度可夾持物機械手⑶基于MSP430超低功耗單片機的機械手控制器⑷基于MSP430超低功耗單片機的手套式動作控制器⑸動作控制信息數(shù)字化無線傳輸系統(tǒng)⑹裝載在機械手上的視頻圖像采集與無線傳輸系統(tǒng)。
科學(xué)性、先進性
- 本作品與普通機械手相比，最大的特色在于機械手的操控方式。本作品選擇了用人的手臂和手部動作，通過無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，直接實現(xiàn)對輪式機械手的運動及機械手動作的操作與控制。在攝像頭和視頻圖像無線傳輸系統(tǒng)地支持下，對目標信息進行多方位的觀察與定位，幫助整個系統(tǒng)完成任務(wù)。該作品可大大提高機械手的功能和操控的精確性、靈活性，拓寬了機械手的應(yīng)用領(lǐng)域，這種先進性是傳統(tǒng)機械手所不能相比的。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品在第七屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽榮獲“特等獎”。 查新報告結(jié)論：在所檢索的國內(nèi)數(shù)據(jù)庫中，已見有關(guān)利用上位機鍵盤控制的手動機械手及操縱桿控制的移動機械手等研究的文獻報道，未見采用手臂動作的控制方式，在實現(xiàn)無線監(jiān)控的基礎(chǔ)上，應(yīng)用圖像處理技術(shù)，使得移動機械手不僅具備無線監(jiān)控功能，還具備實現(xiàn)目標自動定位功能的公開文獻報道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示
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
- 本作品的特點及優(yōu)勢在于提出了一種全新的控制方法, 使用者通過佩戴手臂動作控制組件，借助手臂和手的動作變化，實現(xiàn)對移動機械手運行、抓物和搬動等動作的無線數(shù)據(jù)通信控制，使機械手的操作更加直觀、精確和擬人化。同時，為了提高移動機械手的智能化控制技術(shù)水平，通過搭載的無線攝像頭，可實現(xiàn)導(dǎo)航定位、行進搜索和目標抵近觀察等功能，使得移動機械手可以自動定位并自主運動到目標近處，使用者隨即可用手臂動作控制方式對機械手進行操作，進一步提高了工作效率，使移動機械手具備一定程度的人工智能能力，這是傳統(tǒng)機械手無法相比的。 本作品測控技術(shù)先進，用途廣泛，具有很強的功能擴展能力，可應(yīng)用于國防安全、反恐防恐、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，例如：排爆、戰(zhàn)場偵查、危險品搬運等。若經(jīng)改進后形成產(chǎn)品，一定會產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 機器手是近幾十年來涌現(xiàn)的一種工業(yè)技術(shù)裝備，它能模仿人體上肢某些動作，在生產(chǎn)過程中代替人搬運物件或操持工具進行操作。目前，隨著機械智能化和適應(yīng)性的提高，機械手已被廣泛應(yīng)用于各種場合，國內(nèi)外對于機械手也有相當先進的研究水平。 連接在國際空間站上的1個機器人系統(tǒng)移動維修系統(tǒng)MSS的主要部件－加拿大臂，就是一個功能強大的空間站遠距離機械手系統(tǒng)。它可以自我重定位，能用像蠕蟲一樣的動作，點對點的移動至空間站的許多部分。 哈工大機器人研究所、機器人與機電一體化研究所研制出的新一代機器人靈巧手也屬于國際前沿課題，它是一個新一代多傳感器、高度集成的機器人靈巧手。諸如此類的研究，很多都是靠機器人的自主化、又或者是人工通過操作桿來對其進行控制，應(yīng)該說這樣的研究在國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展到一定的階段。 雖然對于機械臂的研究已經(jīng)不是一個全新的課題，但是對其的操作監(jiān)控的準確性、實用性及現(xiàn)代化依然是我們不斷探索的問題?？梢哉f機器人的發(fā)展史也是機器人控制系統(tǒng)的發(fā)展史。近年來，隨著服務(wù)機器人的快速發(fā)展，人與機器人之間的互動問題變得越來越重要，人機結(jié)合如何規(guī)劃成為實現(xiàn)人機共存的重要一步。 在“美伊”戰(zhàn)爭中，美國派出一批可偵查的高度智能機器人，由于完全由機器人“自作主張”，對一些并非可疑的對象進行襲擊，一個月后便被全部撤回?？梢姡耆挠蓹C器人自主運行，還達不到最佳的效果。 另外，自從1994 年Ken Goldberg 建立了第一個基于Internet 的遠程控制機器人系統(tǒng)Mercury Project 后，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，計算機視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為領(lǐng)域內(nèi)的前沿和熱點。 我們的作品嘗試將人工控制、智能控制以及計算機視頻監(jiān)控技術(shù)融合在一起，目的是為了更好的讓機器人為我們服務(wù)。我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用水平和國外還有一定的差距。特別是在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約占全球已安裝臺數(shù)的0.4％，與國外相比有明顯的差距。鑒于此，我們的作品只要稍加改裝就可以應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。我們希望通過這樣的嘗試為國家的機器人技術(shù)做出自己的一份貢獻，盡管看起來很微小，卻代表了我們對創(chuàng)新的不斷追求。
