基本信息
- 項目名稱：
- 四連桿變形履帶式機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 該作品巧妙利用平行四邊形機構(gòu)構(gòu)型變化總長不變的特點，提出一種全新的履帶變形機器人移動平臺，具有很強的越障、爬坡、地面機動能力和行駛平順性，且結(jié)構(gòu)簡單、運動穩(wěn)定、控制可靠，可適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境，滿足反恐、排爆、搜索、救援、偵察等任務(wù)對微小靈巧移動機器人載體的需求。
- 詳細介紹：
- 該作品巧妙利用平行四邊形機構(gòu)構(gòu)型變化總長不變的特點，提出一種全新的履帶變形機器人移動平臺，具有很強的越障、爬坡、地面機動能力和行駛平順性，且結(jié)構(gòu)簡單、運動穩(wěn)定、控制可靠，可適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境，滿足反恐、排爆、搜索、救援、偵察等任務(wù)對微小靈巧移動機器人載體的需求。 該作品的創(chuàng)新點主要有以下幾點： 1． 提出新型履帶變形機構(gòu)，巧妙利用平行四邊形機構(gòu)構(gòu)型發(fā)生變化總長不變的特點，使履帶變形的運動控制變得非常簡單。 2 .機器人移動平臺可實現(xiàn)多種姿態(tài)，抬高底盤越過障礙，單邊提高機器人重心適應(yīng)單邊地形，翻倒后可繼續(xù)行進,具有很強的越溝、爬坡、越障功能。 3．該移動平臺的運動非常平穩(wěn)，有利于機器人各種功能的擴展。
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
- 研制目的：設(shè)計一種適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境的履帶式機器人移動平臺，其具有很強的越障、爬坡、地面機動能力和行駛平順性，且結(jié)構(gòu)簡單、運動穩(wěn)定、控制可靠，能滿足反恐、排爆、搜索、救援、偵察等任務(wù)對微小靈巧移動機器人載體的需求。 基本思路：立足于履帶機器人機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，本作品巧妙利用平行四邊形機構(gòu)構(gòu)型發(fā)生變化時其周長不變的特點，提出一種全新的履帶變形機構(gòu)，具有以下特點：（1）利用機構(gòu)的簡單變形實現(xiàn)機器人越障；（2）機器人可單側(cè)變形，以適應(yīng)機器人兩側(cè)地形不同的情況；（3）實現(xiàn)機器人抬高底盤通過障礙。 創(chuàng)新點：1． 提出了一種新型履帶變形機構(gòu)，巧妙利用平行四邊形機構(gòu)構(gòu)型發(fā)生變化其周長不變的特點，使履帶變形的運動控制變得非常簡單。 2 . 基于新型履帶變形機構(gòu)設(shè)計了一種新型機器人移動平臺，該平臺可抬高底盤越過障礙。 3． 采用模塊化、全天候、全地形的設(shè)計思想，對機器人電控系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進行防水和抗振設(shè)計，使機器人具有一定的涉水和抗摔能力。 4、控制系統(tǒng)基于PC104工控機主板，加載GPS定位系統(tǒng)及其它設(shè)備，使機器人的功能更加強大。 技術(shù)關(guān)鍵：1. 履帶變形機構(gòu)及其控制技術(shù)； 2. 機器人模塊化設(shè)計及密封性設(shè)計技術(shù)； 3. 機器人運動控制技術(shù)； 主要技術(shù)指標： 1、尺寸：長×寬×高約為：1200mm×600mm×350mm 2、重量：約為25Kg 3、移動速度：0.5—1.5m/s 4、載重量：≥30Kg 5、可翻越坡度：約50° 6、跨溝寬度：約60cm
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性：目前，國內(nèi)外對于微小型履帶機器人的研究主要是針對機器人控制技術(shù)的研究，而作為機器人主體的機械結(jié)構(gòu)卻大多采用經(jīng)典的履帶結(jié)構(gòu)，雖然相關(guān)的研究成果已經(jīng)在某些領(lǐng)域成功地得到了應(yīng)用，但從機械設(shè)計的角度看，明顯缺乏一定的創(chuàng)新和優(yōu)化。 四連桿變形履帶式機器人的關(guān)鍵技術(shù)是采用常見的平行四邊形機構(gòu)作為履帶變形結(jié)構(gòu)，平行四邊形機構(gòu)有兩個顯著特性：一是兩曲柄以相同速度同向轉(zhuǎn)動；二是連桿作平動。當(dāng)主動曲柄以一定速度轉(zhuǎn)動時，從動曲柄也以同樣的速度轉(zhuǎn)動，而連桿作平動，始終與機架保持平行狀態(tài)。如果在此機構(gòu)的連桿上搭建工作平臺，其最大特點就是工作平臺運動平穩(wěn)可靠，而且運動范圍很廣，有利于越障。 先進性：與目前國內(nèi)外的微小型履帶式機器人相比，本作品是一種全新結(jié)構(gòu)的履帶式機器人，主要著眼于機器人機械主體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計與優(yōu)化，使用的工作平臺簡單實用、控制可靠，并且加工方便、制造成本較低，可推廣應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 學(xué)校于2009年5月9日組織召開了“四連桿變形履帶式機器人”作品評審會，經(jīng)過評審委員的認真細致評審，形成以下鑒定意見： 四連桿變形履帶式機器人是一種新型微小型履帶式移動機器人，該作品運用簡單的四連桿機構(gòu)實現(xiàn)了移動機器人跨越障礙所需要的變形動作，通過第一代樣機的越障試驗，顯示該作品具有較強的越障性能和行駛平順性，具有較好的應(yīng)用前景，進一步改進后可分別應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。
作品所處階段
- 改進設(shè)計及合作開發(fā)階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓或技術(shù)合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、模型、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
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
- 作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢：與國內(nèi)外的微小型履帶機器人相比較，四連桿變形履帶式機器人立足于履帶機器人機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)化，機械主體結(jié)構(gòu)簡單，在功能實現(xiàn)方面，尤其是與機械結(jié)構(gòu)息息相關(guān)的機器人越障能力方面，已達到實地應(yīng)用所需的要求，部分變形動作具有獨創(chuàng)性。 作品應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益預(yù)測：四連桿變形履帶式機器人作為微小型機器人，具有體積小、攜帶方便、低成本、隱蔽性好、快速反應(yīng)、機動性高、生存能力強、適應(yīng)水、陸環(huán)境等特點。機器人能夠加載監(jiān)視設(shè)備、機械手臂、輕型武器等裝置，可軍民兩用。 作品還可以與玩具廠家合作開發(fā)高科技玩具：基于平行四邊形結(jié)構(gòu)的履帶變形機構(gòu)簡單，拆裝方便，與玩具廠家合作開發(fā)成為機器人玩具，加以簡單的運動控制，其巧妙的變形和強大的越障性能必將得到廣大少年兒童的青睞，也會成為老師和家長們培養(yǎng)孩子學(xué)習(xí)興趣和動手能力的強大工具，市場前景廣闊，經(jīng)濟效益可觀。 （經(jīng)調(diào)查，目前市場上尚無此類機器人玩具出現(xiàn)，我們也積極在與玩具廠家聯(lián)系，爭取早日實現(xiàn)合作和開發(fā)。）
同類課題研究水平概述
- 在履帶式機器人研究方面，美國走在了世界前列，它具有獨立的實驗性無人作戰(zhàn)機器人計劃，加上近年來反恐及城市巷戰(zhàn)的需要，小型智能履帶機器人研制工作受到了軍方高度重視。IRobot公司研制了微小型履帶式機器人Packbot系列，該系列機器人采用履帶式結(jié)構(gòu)并裝備有鰭狀肢，鰭狀肢可根據(jù)任務(wù)要求在機器人前端安裝一對或前、后兩端各安裝一對，利用鰭狀肢輔助翻越障礙，加載激光測距儀、立體攝像機、GPS系統(tǒng)后可用于偵察、探測等。另外Packbot具有良好的防水性能，能夠穿越3m深水域，并具備一定的抗沖擊能力。Foster-miller公司研制了Talon機器人，該機器人采用履帶方式行進，內(nèi)部裝備有兩臺普通直流電機，電機通過兩根鏈條帶動履帶輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機器人運動；另外機器人前后履帶輪中間安裝有一小型承重輪，該輪不僅能承載一部分負荷同時也能在機器人轉(zhuǎn)向時起到支撐作用，減少履帶與地面之間的摩擦，提高機器人轉(zhuǎn)向能力。Talon機器人主要作為一種武器機器人使用，可直接參與對敵作戰(zhàn)，也能完成各種偵察、巡邏工作。機器人外形參數(shù)尺寸為86.4cm× 57.2 cm ×27.9 cm，重約39Kg，能潛水3.5m，爬45°斜坡，在軍事行動中往往用Talon和Packbot兩種機器人配合完成任務(wù)。 國內(nèi)針對履帶機器人研究主要集中在警用、民用等非作戰(zhàn)領(lǐng)域。近十多年來我國出于經(jīng)濟發(fā)展需要，在該領(lǐng)域研究成果頗豐。清華大學(xué)精密儀器系及其自動化實驗室設(shè)計的微小型QH-1型履帶式機器人主要用于實現(xiàn)軌跡及運動目標跟蹤、視覺信息的分析與處理、地面軌跡圖像的計算機理解與處理。中國科學(xué)院沈陽自動化所研制的復(fù)合移動機器人“靈晰-B”型排爆機器人已進入服役期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機械與精密儀器系，研制出了一種小型自主的基于輪式、腿式及履帶式的多種越障方式相融合的復(fù)合式越障機器人，還有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、國防科技大學(xué)也在履帶式偵察機器人方面也進行了創(chuàng)新性研究。
