基本信息
- 項目名稱：
- 關節(jié)履帶復合型探測機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 作品以井下及危險環(huán)境的探測與搜救為背景，設計開發(fā)出一種可適應不同路面條件的新型關節(jié)—履帶復合式智能機器人。機器人由機械本體、控制單元、信息采集模塊、數(shù)據(jù)遠程傳輸及處理模塊等組成，通過CCD及多種傳感器的實時信息采集，實現(xiàn)路徑自主選擇及環(huán)境數(shù)據(jù)探測。
- 詳細介紹：
- 針對特殊區(qū)域及井下危險環(huán)境探測與搜救的實際需要，以及現(xiàn)有機器人存在易傾覆、越障能力不足的問題，設計開發(fā)了一種適用于礦井探測搜索的關節(jié)履帶復合式機器人。 ①機器人系統(tǒng)由機械本體、控制單元、遠程信息傳輸與處理模塊等組成，機器人自身搭載多組數(shù)據(jù)采集傳感器，結合主控電路完成礦井下的環(huán)境數(shù)據(jù)探測。 ②把關節(jié)式機器人和履帶式機器人的特點有機地結合起來，使得機器人能夠翻越比自身驅動輪更高的障礙。結合肢體關節(jié)的運動，可適應更加復雜的路面狀況。 ③采用單片機技術對12只電機進行并行控制，以實現(xiàn)各運動單元的靈活運動。利用傾角傳感器技術實現(xiàn)機器人箱體的自適應平衡控制。把溫度、濕度、瓦斯氣體傳感器及CCD攝像頭有機融合起來實現(xiàn)礦井的安全狀況監(jiān)測，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸。 該機器人合理的機構設計、靈活的自適應能力、及多信息探測技術，為實現(xiàn)預定危險區(qū)域的環(huán)境探測提供了一種有效地途徑。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的： 針對我國煤礦開采的生產(chǎn)安全性的需求，設計了一種探測機器人，在保證能夠盡最大可能適應多種地形的情況下，對礦井進行日常監(jiān)測、巡邏。同時，在礦井出現(xiàn)災害性事故時，代替搜救探測人員而第一時間探測事故發(fā)生地區(qū)的多種環(huán)境數(shù)據(jù)以方便營救人員順利展開下一步的各種營救工作。 基本思路： 機器人的機械結構的設計，保證適應多種復雜地形。機器人的總體運動控制，自動控制與遙控控制保證機器人發(fā)揮出最佳運動性能。機器人環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與分析，下位機通過多個傳感器及CCD將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機進行分析。 創(chuàng)新點： 巧妙地把關節(jié)和履帶的特點有機結合起來，使得機器人能夠翻越比自身驅動輪高的障礙，滿足不同路面的運動條件，依賴機器人強大的自適應能力，可作為移動平臺，按照特定區(qū)域探測的需要搭載各種設備。 技術關鍵： 1.保證整個機器人在可靠性工作的前提下完成輪式運動，變形與動物爬行運動。技術關鍵在于保證機器人能夠順利地變形。 2.提出完整的機器人動物爬行狀態(tài)的運動算法。 3.保證各種機載傳感器可以順利采集到外界信號并傳回上位機。 技術指標： 本作品的主體是一個搭載多個傳感器在多種復雜路面能夠平穩(wěn)行走的機器人。為此，機器人的機械結構上的設計能夠最大限度地在跨越障礙的同時保持平衡；機器人的姿態(tài)控制策略上的設計能夠完成多自由度的協(xié)調控制；機器人箱體上搭載的多種傳感器所得到的數(shù)據(jù)通過有線或無線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o監(jiān)控中心的計算機終端上，并在監(jiān)控中心進行相應的數(shù)據(jù)分析與管理。
科學性、先進性
- 科學性： 本作品將關節(jié)與履帶結構有機結合起來，使機器人在越障方面的能力得到了有效的提升。完成了機器人的可靠性理論分析，并對機器人的越障能力進行了測試。完成了機器人多電機同時控制，得出了使機器人具備對地面的自適應能力的方法，使機器人的穩(wěn)定性和通過性有了可靠提升，并保證了運動的靈活性；信息傳輸部分采用雙向實時通信，保證了數(shù)據(jù)采集的可靠性，為實現(xiàn)預定危險區(qū)域內的環(huán)境探測提供的一個人性化的平臺。 先進性： 1）提出一種可以適應不同路面條件以及障礙類型的新型履帶及關節(jié)結構結合的機器人結構，實現(xiàn)了關節(jié)與履帶結合的動力結構； 2）研究適應該機器結構的井下作業(yè)的機器人姿態(tài)控制方法； 3）危險信號的采集，處理及傳送方法；在軟件部分，即在上位機通信界面的設計上，我們加入了視頻的采集，在機器人將位置信息傳回，供上位機做分析，在必要的時候給出決策，以便救援人員確認被困者的位置。
獲獎情況及鑒定結果
- 2008年10月，國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目 2008年12月，?？萍脊?jié)特等獎 2009年06月，省挑戰(zhàn)杯一等獎
作品所處階段
- 作品已經(jīng)完成了理論分析、結構設計、零件加工及其組裝并進行了相關性能測試，機器人系統(tǒng)現(xiàn)已全部完成。
技術轉讓方式
- 系統(tǒng)整體技術或部分核心技術的技術轉讓。
作品可展示的形式
- 實物產(chǎn)品、現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 面向礦井探測及各種危險區(qū)域監(jiān)測 技術特點與優(yōu)勢：機器人系統(tǒng)包括機器人控制系統(tǒng)和遠程監(jiān)測系統(tǒng)。采用單片機技術對12只電機進行協(xié)同控制，在CCD的引導下，實現(xiàn)機器人姿態(tài)調整，適應路面條件的運動方式選擇以及避障等功能的智能控制。把溫度、濕度、瓦斯氣體傳感器及CCD有機融合起來實現(xiàn)礦井及危險環(huán)境的安全狀況的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)的遠程傳輸。 推廣前景： 關節(jié)履帶復合型探測機器人適應多種復雜地形，能夠應用于存有潛在危險區(qū)的監(jiān)測（例如礦井環(huán)境），當其發(fā)生事故后，機器人通過溫度、濕度、瓦斯氣體傳感器及CCD，探測內部具體環(huán)境，掌握第一手資料方便人員營救工作。 市場分析和經(jīng)濟效益預測：由于我國煤礦生產(chǎn)過程中存在許多安全問題，這就為我們的探測機器人提供了一個廣闊的應用平臺，并且它還能用于其他危險環(huán)境探測與監(jiān)測。機器人的機體采用的輕便、低成本的材料，控制電路簡單，大多采用節(jié)能原件，整個系統(tǒng)將是集節(jié)能、低成本、環(huán)保為一體的機器人，具有很大的市場，在低成本上，蘊藏著巨大的市場和經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 中國某大學的可靠性與救災機器人研究所展示了其課題組研制的搜救機器人的道路試驗結果，這臺搜救機器人是將一部分儀器移植到坦克履帶動力之上，采用自主避障和遙控引導相結合的行走控制方式，能夠深入事故礦井探測前方的火災溫度、瓦斯?jié)舛取暮鼍?、呼救聲訊等信息，并實時回傳這些信息和圖像，為救災指揮人員提供重要的現(xiàn)場災害信息。同時，搜救機器人上攜帶了急救藥品、食物、生命維持液和簡易自救工具，以協(xié)助被困人員實施自救和逃生。搜救機器人配備有急救藥品、食物、生命維持液和簡易自救工具，以協(xié)助被困人員實施自救和逃生。沈陽機器人研究所研制的排爆機器人，該機器人是一種履帶結構機器人，在機器人的集體上裝有遙控機械臂，可用于危險物品的檢查及其爆炸物品的拆除。美國Foster-Miller公司生產(chǎn)的Talon-Hazmat機器人，該機器人采用單純履帶方式為動力，在機器人的工作臺上可以加裝任務模塊執(zhí)行任務。美國Segway公司的Robotic Mobility Platform，是一種輪式的移動機器人，在機器人上方裝有盛物籃，可以將物品或者受傷人員撤出危險區(qū)域。日本某大學研制的火星探測機器人模型，該機器人明顯的特征是具有四個碩大的可以上下起伏的輪子，在遇到障礙物時會太高自己相依的輪子，然后攀上障礙物。美國Robotic FX公司生產(chǎn)的Negotiator Tactical Surveillance機器人，此機器人的動力來源為履帶，機器人最明顯的特征是有一副可以活動的小履帶，可以形成不同角度的攻角，有利于機器人越障能力的提高。 經(jīng)過對許多國內外科研機構的機器人的研究狀況的了解，我們掌握了一定的機器人研究現(xiàn)狀方面的信息，并未發(fā)現(xiàn)和我們的作品有完全相似的國內外作品。在對機器人現(xiàn)狀的調查中，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在多數(shù)機器人的動力機構不外乎為輪式，履帶式，肢體式三種方式。我們在前期研究中總結了先前方案的優(yōu)勢和缺陷，提出了一種新型的關節(jié)履帶復合式機器人，使機器人對不同地面的通過性、自適應性等有了有效的提升。
