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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 仿生螃蟹機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 與傳統(tǒng)輪式機(jī)器人相比，多足仿生機(jī)器人具有很好的越障能力及路況適應(yīng)能力?；趯?duì)螃蟹特性的分析，運(yùn)用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)了一款具有創(chuàng)意結(jié)構(gòu)的仿生螃蟹機(jī)器人系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)方法，對(duì)該機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)及算法軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了諸如搬運(yùn)、避障、掃雷，以及娛樂(lè)等多種功能。在復(fù)雜路況下進(jìn)行搜救與探測(cè)等方面，該機(jī)器人具有較好的應(yīng)用潛力。
- 詳細(xì)介紹：
- 仿生螃蟹機(jī)器人 一、設(shè)計(jì)目的 本設(shè)計(jì)作品通過(guò)創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì)，模仿螃蟹在陸地上的動(dòng)作特點(diǎn)和生活習(xí)性，實(shí)現(xiàn)諸如搬運(yùn)、避障、環(huán)境監(jiān)測(cè)、探測(cè)以及娛樂(lè)等多種功能，為未來(lái)仿生探測(cè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)提供參考。 二、設(shè)計(jì)思路 基于對(duì)螃蟹的各種動(dòng)作特點(diǎn)和生活習(xí)性的分析，采用機(jī)械結(jié)構(gòu)件對(duì)螃蟹的形體結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，并對(duì)仿螃蟹結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，仿生實(shí)現(xiàn)螃蟹的基本習(xí)性及主要?jiǎng)幼髋c功能。 三、技術(shù)關(guān)鍵 本設(shè)計(jì)作品涉及傳感與測(cè)控技術(shù)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、多機(jī)通信技術(shù)以及人工智能等關(guān)鍵技術(shù)。 四、特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 設(shè)計(jì)作品具有一對(duì)螯足、三對(duì)步足、一對(duì)眼睛等仿螃蟹結(jié)構(gòu)；能實(shí)現(xiàn)螃蟹的爬行、進(jìn)攻、防御等動(dòng)作；具有搬運(yùn)、避障、監(jiān)測(cè)、娛樂(lè)、科普等功能，以及在惡劣環(huán)境下的搜救與探測(cè)等應(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)
- 一、設(shè)計(jì)目的和基本思路 隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)器人開(kāi)始走出工廠，進(jìn)入百姓家庭，廣泛應(yīng)用于生活、教育和娛樂(lè)中。其中，以活動(dòng)方式和身體結(jié)構(gòu)酷似動(dòng)物的智能仿生機(jī)器人具有很大的發(fā)展前景及應(yīng)用需求。本作品致力于仿生螃蟹機(jī)器人的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。 設(shè)計(jì)的思路為：采用機(jī)械結(jié)構(gòu)件對(duì)螃蟹的形體結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)。據(jù)此，對(duì)仿螃蟹結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，仿生實(shí)現(xiàn)螃蟹的主要?jiǎng)幼骷盎玖?xí)性，具有搬運(yùn)、拾取、避障、掃雷、以及娛樂(lè)等功能。 二、創(chuàng)新點(diǎn) 本作品基于對(duì)螃蟹的陸地特性分析，進(jìn)行了以下創(chuàng)新： 1）一對(duì)螯足，具有進(jìn)攻、防御、拾取能力，并且能配合步足完成螃蟹的旋轉(zhuǎn)。 2）三對(duì)步足，能模仿螃蟹橫向行走，快速地改變其行走的速度和步幅，靈活自如。 3）一對(duì)眼睛，采用紅外對(duì)管和超聲波模塊，對(duì)周圍環(huán)境實(shí)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)測(cè)距、壁障、循跡等功能。 4）具有很強(qiáng)的娛樂(lè)功能，能唱歌、會(huì)跳舞。 5) 具有檢測(cè)地雷和環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)功能，使其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。 6）具有聲控功能，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 三、關(guān)鍵技術(shù) 1）傳感與測(cè)控技術(shù) 2）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù) 3）嵌入式技術(shù) 4）多機(jī)通信技術(shù) 5）人工智能技術(shù) 四、主要技術(shù)指標(biāo) 1) 測(cè)距范圍:3m-2cm 測(cè)量誤差:±1cm； 2）檢測(cè)地雷最大深度:3cm； 3) 伺服電機(jī)誤差范圍:角度誤差:±2°；速度誤差:±0.5°/s； 4) 鰲足承載能力：10N<F<20N； 5）爬行最大速度：2m/min； 6）轉(zhuǎn)彎最大角速度：15°/s。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前從事仿螃蟹機(jī)器人的研究有哈爾濱工程大學(xué)和英國(guó)巴斯大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)研制出一款仿生螃蟹機(jī)器人，它著重于螃蟹的水下爬行動(dòng)作進(jìn)行模擬。英國(guó)巴斯大學(xué)一名研究生開(kāi)發(fā)出一款酷似螃蟹的原型機(jī)器人，目前它只能在陸地上移動(dòng)，并未著重于螃蟹陸地特性的模仿。 本作品基于對(duì)螃蟹陸地特性分析，通過(guò)創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確模仿螃蟹在陸地上的動(dòng)作和生活習(xí)性，能實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、拾取、避障、掃雷、環(huán)境的監(jiān)測(cè)，以及娛樂(lè)等功能。 參考文獻(xiàn)資料： [1] 王麗慧、周華 仿生機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向 上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)； [2] 葉獻(xiàn)偉、陳樊、高建華 《六足仿生機(jī)器人越障步態(tài)方法研究》 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào) 第25卷第5期；[3] 趙涓涓、李強(qiáng)、任美榮、郭曉東、李曉飛 六足仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)電工程技術(shù) 第37卷第12期； [4] 王甲福、管紅梅、龐政 仿生機(jī)器人的研究與實(shí)現(xiàn) 氣象水文海洋儀器 第三期； [5] 漆向軍、陳霖、劉明丹 控制六足仿生機(jī)器人三角步態(tài)的研究計(jì)算機(jī)仿真 第24卷第4期。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1）曾在院挑戰(zhàn)杯選拔賽獲科技發(fā)明類第一名； 2）曾在校挑戰(zhàn)杯選拔賽獲科技發(fā)明類第一名； 3）2009年5月22號(hào)在第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽省賽區(qū)獲科技發(fā)明類二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 許可貿(mào)易、技術(shù)服務(wù)與咨詢、特許專營(yíng)、合作生產(chǎn)，以及含有知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專有技術(shù)許可的設(shè)備買(mǎi)賣(mài)
作品可展示的形式
- 文檔資料、錄像、實(shí)物展示、現(xiàn)場(chǎng)演示等
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、使用說(shuō)明：采用VJC EXT和伺服電機(jī)調(diào)試軟件兩個(gè)編程界面進(jìn)行開(kāi)發(fā)，運(yùn)用類C語(yǔ)言設(shè)計(jì)算法，程序通過(guò)串口下載，按“運(yùn)行”即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 二、技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 1、超聲波和紅外線有機(jī)地結(jié)合實(shí)現(xiàn)避障測(cè)距，較準(zhǔn)確地對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè) 2、伺服電機(jī)和整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立控制，通過(guò)BUS總線實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信 3、采用多種電源，實(shí)現(xiàn)各控制模塊的隔離，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用開(kāi)關(guān)電源，提高能量的利用率 4、最大時(shí)鐘頻率達(dá)70MHZ，處理速度快，保證了機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)感應(yīng)外界環(huán)境的變化，并做出敏捷的反應(yīng)。 三、適應(yīng)范圍和應(yīng)用前景 適應(yīng)范圍：本作品受環(huán)境影響較小，適應(yīng)范圍廣，包括較復(fù)雜的路況等環(huán)境場(chǎng)所。 應(yīng)用前景：本作品不僅在勘探、巡邏、搜救等方面能有杰出表現(xiàn)，還能作為教育機(jī)器人的典范。作品涉及機(jī)械、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電子、生物等學(xué)科，為學(xué)校培養(yǎng)綜合性人才提供教學(xué)平臺(tái)。本作品能深入到日常生活，在普及科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，還能激發(fā)人們對(duì)科學(xué)的樂(lè)趣。
同類課題研究水平概述
- 無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，關(guān)于多足機(jī)器人的研究都特別具有吸引力。其原因在于，與傳統(tǒng)輪式機(jī)器人相比，足類機(jī)器人不但符合生物的生理結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)省能量的目的，還能跨越傳統(tǒng)輪式機(jī)器人所不能越過(guò)的障礙。多足機(jī)器人的研究，不但可以加深對(duì)多足生物特性的了解，還可以利用其特性完成對(duì)復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測(cè)，為人們從事相關(guān)工作提供便利。 多足機(jī)器人的研究中，以兩棲類機(jī)器人的研究顯得越來(lái)越重要，其不但有水下活動(dòng)的多種習(xí)性，還具有陸地活動(dòng)上的很多特性。能在軍事排雷、海岸巡邏、陸地搜救、海底拍攝、海底石油勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)等很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，代替人類進(jìn)入惡劣環(huán)境工作。 在國(guó)內(nèi)，哈爾濱工程大學(xué)于2007年7月7日研制開(kāi)發(fā)的仿生機(jī)器人螃蟹，經(jīng)過(guò)近百次試驗(yàn)獲得成功。該仿生機(jī)器人螃蟹長(zhǎng)60厘米，寬35厘米，厚度為25厘米，體重12公斤，時(shí)速540米/小時(shí)。其配備有衛(wèi)星定位系統(tǒng)，能潛入水下4米深處完成搜救、探測(cè)、錄像等任務(wù)。但由于該螃蟹沒(méi)有螯足，所以不能完全模仿螃蟹的行為。該作品主要基于螃蟹的水下爬行特性，實(shí)現(xiàn)水底探測(cè)。 在國(guó)外，英國(guó)巴斯大學(xué)研究人員宣稱，一種酷似螃蟹的原型機(jī)器人在未來(lái)的水下勘測(cè)探索任務(wù)中將有出色得表現(xiàn)。這種新型機(jī)器人是由巴斯大學(xué)一位研究生設(shè)計(jì)的，它目前可以在陸地上任意移動(dòng)，未來(lái)將把它完全的用于水下勘測(cè)任務(wù)中。巴斯大學(xué)發(fā)言人稱，這項(xiàng)最新技術(shù)可用于石油天然氣勘測(cè)、海洋搜尋以及水下任意要求的獨(dú)立性操作。這款機(jī)器人可在同一機(jī)動(dòng)速度下行進(jìn)，通過(guò)改變步幅長(zhǎng)度改變行走速度，像野生螃蟹一樣靈活自如。設(shè)計(jì)者去年9月初在薩默塞特郡邁因赫德海灘對(duì)這款機(jī)器人進(jìn)行了測(cè)試，機(jī)器人在沙灘上表現(xiàn)非常出色，它能夠自如地攀爬越過(guò)鵝卵石和小碎石。 以上分析表明，從事仿生螃蟹機(jī)器人的研究具有很好的意義及應(yīng)用前景。
