題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 履帶式水下作業(yè)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A類
- 簡(jiǎn)介：
- 作品為一臺(tái)履帶式ROV水下作業(yè)機(jī)器人，為采礦，水體污染過(guò)濾清理，管道維護(hù)的專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)制作，多功能，專業(yè)化。實(shí)現(xiàn)水下自由運(yùn)行和水底爬行的功能。開(kāi)發(fā)水下巡視功能，如海洋輸油管道檢查；跨江、跨河管道檢查；船體檢修；船底探查；碼頭及碼頭樁基、橋梁、大壩水下部分檢查；航道障、港口作業(yè)；鉆井平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)檢修；水下考古、水下沉船考察等一系列應(yīng)用。開(kāi)發(fā)清洗功能，如泳池，水池，水箱的不換水清洗，解決傳統(tǒng)清洗水資源大量浪費(fèi)問(wèn)題?？稍谒夭慌潘闆r下清洗池底污垢，節(jié)約大量的淡水，且在清洗過(guò)程中不需要人的參與，實(shí)現(xiàn)完全自主工作：定時(shí)自主下潛，自主清洗，自主上浮歸位
- 詳細(xì)介紹：
- 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： 1.基于繩驅(qū)動(dòng)與連桿結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的聯(lián)動(dòng)式采集、提升、傾倒一體式系統(tǒng)。 行進(jìn)過(guò)程便可以收集，行進(jìn)和收集動(dòng)作互不影響。相對(duì)推土機(jī)方式的收集系統(tǒng)，收集過(guò)程與機(jī)體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)。收集動(dòng)作力量與推進(jìn)系統(tǒng)推力無(wú)關(guān)，因?yàn)闈L桶直徑小，只需要很小的驅(qū)動(dòng)力即可完成，且收集機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的阻力較小。 2.全自動(dòng)水過(guò)濾清洗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水池不換水過(guò)濾 機(jī)器人清洗模式下，采用超聲波檢測(cè)模塊做傳感器，能全自動(dòng)長(zhǎng)期反復(fù)行走，能大幅度減少維護(hù)管理勞力和費(fèi)用，采用多動(dòng)力支援系統(tǒng) 。水的更換、清掃人手和時(shí)間等大大地節(jié)省。 不要水的更換，以節(jié)約用水。配有浮上型電源電線，從根本上杜絕了致繞線事故的發(fā)生 3.基于電磁閥控制的氟利昂充氣氣囊上浮系統(tǒng)配合電機(jī)推進(jìn)實(shí)現(xiàn)上浮雙控制 由于當(dāng)采集了較多的礦石以后，若采用普通方式的上浮方式—即采用推進(jìn)器推動(dòng)上浮，對(duì)推進(jìn)器的功率要求挺高，而且效率不高，為了解決這個(gè)難點(diǎn)，我們采用了充氣氣囊的方式上浮，充氣氣囊安裝在ROV的兩側(cè)如需要后側(cè)也會(huì)適當(dāng)加裝。氣囊有閥體可控充氣或放棄，充氣速度可控 4.推進(jìn)方式上采用履帶和推進(jìn)器結(jié)合的方式，行走穩(wěn)定可實(shí)現(xiàn)原地360°轉(zhuǎn)彎，靈活自如且控制簡(jiǎn)單 水下機(jī)器人的水下運(yùn)動(dòng)存在六個(gè)自由度，不易控制，穩(wěn)定性差，誤操作率高，效率低的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)難點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)了可以在水下爬行的機(jī)器人。爬行機(jī)構(gòu)采用鏈條配合防滑墊。 優(yōu)點(diǎn)：行走部分由兩條防水電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶組成，在收集過(guò)程中氣囊不充氣，氣囊不提供浮力，自重使履帶與池底產(chǎn)生摩擦力，如果摩擦力不足可以通過(guò)垂直推進(jìn)器增加壓力，提高摩擦力。此種方式與單純利用水下推進(jìn)器行走的機(jī)器人相比，效率高，控制靈活穩(wěn)定，配合水下推進(jìn)器可以在水面和水下自由運(yùn)動(dòng)。 5.采用連桿和多通相互鏈接的方式構(gòu)成機(jī)器人主體框架 采用連桿和多通相互鏈接的方式制作機(jī)器人機(jī)身，使機(jī)器人的靈活性，性能改善功能擴(kuò)展遇到很多困難。本方案采用連桿和多通相互鏈接的方式構(gòu)成機(jī)器人主體框架的解決方案框架由玻璃鋼桿組合而成。機(jī)械強(qiáng)度高，工藝成熟。便于總體布局，有足夠的空間留給后續(xù)開(kāi)發(fā)。
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)
- 目的和基本思路：在于設(shè)計(jì)可以水下完成自主航行、視頻探測(cè)目標(biāo)、搜集、輸送水底礦物到地面的機(jī)器人，并解決常規(guī)水池清洗時(shí)水的更換、人力浪費(fèi)問(wèn)題。 采用框架式結(jié)構(gòu)，裝備視頻采集系統(tǒng)，履帶式運(yùn)動(dòng)推進(jìn)，并程控自動(dòng)清洗運(yùn)行。 創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵： 1.基于繩驅(qū)動(dòng)與連桿結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的聯(lián)動(dòng)式采集、提升、傾倒一體式系統(tǒng)。 2.全自動(dòng)水過(guò)濾清洗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水池不換水過(guò)濾。 3.基于電磁閥控制的氟利昂充氣氣囊上浮系統(tǒng)配合電機(jī)推進(jìn)實(shí)現(xiàn)上浮雙控制 主要技術(shù)指標(biāo)： 爬行速度：1.2m/s ；長(zhǎng)*寬*高：590*590*590（mm）； 最大潛深：7m 推進(jìn)器功率：220W ；額定總功率：240W ；收集器提升速度：0.3m/s ；有效載荷：5kg ；勘測(cè)范圍：5米； 抽水泵功率：150W ；過(guò)濾網(wǎng)孔密度：400目/平方厘米。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 國(guó)內(nèi)相關(guān)成果： 專利申請(qǐng)?zhí)枮?00720310986.8，發(fā)明名稱為清洗機(jī)器人。 清洗機(jī)器只能池壁清洗，不能將泥灰等收集，清洗完畢后，需將水池水全部換掉，雖有視頻采集但功能簡(jiǎn)單，實(shí)用性差。 國(guó)外相關(guān)成果： NZ-77L水下作業(yè)機(jī)器人（日本） NZ-77L機(jī)器人可進(jìn)行水下作業(yè)，清洗泳池，可清洗水池底部。但采用輪式結(jié)構(gòu)，著地面積小，運(yùn)動(dòng)效率低，水吞吐效率低，機(jī)器人笨重，需人力上浮。 履帶式水下作業(yè)機(jī)器人采用多模式，可實(shí)現(xiàn)勘測(cè)等多功能，在水池清洗方面，履帶式結(jié)構(gòu)，著地面積大，運(yùn)動(dòng)效率高，實(shí)現(xiàn)原地任意角度轉(zhuǎn)向，清洗無(wú)需換水，全自動(dòng)運(yùn)行。此外在勘測(cè)模式下可采集視頻信息，進(jìn)行管道檢修，航道清查等多任務(wù)?？蚣苁浇Y(jié)構(gòu)重量輕，結(jié)構(gòu)易改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)多用途的自動(dòng)化。自主設(shè)計(jì)充氣氣囊上浮系統(tǒng)配合電機(jī)推進(jìn)實(shí)現(xiàn)上浮雙控制，效率較高。設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件界面，可實(shí)現(xiàn)軟件操控。較現(xiàn)有單一化的產(chǎn)品，具有一定技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月作品在本校第十五屆“五四杯”課外科技作品競(jìng)賽中獲一等獎(jiǎng)。 證書掃描版見(jiàn)<附件>
作品所處階段
- 中試階段：該機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究階段完成，已在泳池水池中作業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試和改進(jìn)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 1.申請(qǐng)專利后可一次性轉(zhuǎn)讓專利。 2.產(chǎn)品實(shí)物以及技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 1.實(shí)物、產(chǎn)品展示2.現(xiàn)場(chǎng)演示3.資料圖片、錄像展示
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)
- 注：使用說(shuō)明書請(qǐng)見(jiàn)<申報(bào)附件> 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1.該機(jī)器人多模式運(yùn)行方式，較單模式機(jī)器人，水下作業(yè)應(yīng)用范圍廣。2.采用履帶式推進(jìn)方式，穩(wěn)定性較輪式高，抓地力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)原地任意角度轉(zhuǎn)向。3.機(jī)體采用框架式結(jié)構(gòu)，較傳統(tǒng)金屬機(jī)身重量輕，構(gòu)體靈活，易改進(jìn)，成本低。4.清洗模式較傳統(tǒng)抽水清洗，具有不換水，自動(dòng)化程度高，效率高，節(jié)省功耗的特點(diǎn)。5.水下六自由度三維運(yùn)動(dòng)，裝有防水?dāng)z像頭，水下圖像實(shí)時(shí)傳輸，較平面式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，行動(dòng)靈活，便于視頻采集和監(jiān)測(cè)。 適應(yīng)范圍：1.軍事方面：用于軍事勘察，水下監(jiān)測(cè)。2.民用方面：（1）海洋輸油管道檢查；跨江、跨河管道檢查；船體檢修；船底探查；航道排障、港口作業(yè)；鉆井平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)檢修；水下考古、水下沉船考察等。（2）清洗模塊單獨(dú)開(kāi)發(fā)成泳池，水池，水箱清洗機(jī)器人。 市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 該作業(yè)機(jī)器人，多模式多功能，模塊獨(dú)立可單獨(dú)開(kāi)發(fā)，可用于軍事、民用等眾多行業(yè)，有著廣泛的市場(chǎng)需求。較同類產(chǎn)品，成本低廉，有較大利潤(rùn)空間和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
同類課題研究水平概述
- 無(wú)人遙控潛水器，也稱水下機(jī)器人。它的工作方式是。由水面母船上的工作人員，通過(guò)連接潛水器的臍帶提供動(dòng)力，操縱或控制潛水器，通過(guò)水下電視、聲吶等專用設(shè)備進(jìn)行觀察，還能通過(guò)機(jī)械手，進(jìn)行水下作業(yè)。目前，無(wú)人遙控潛水器主要有，有纜遙控潛水器和無(wú)纜遙控潛水器兩種，其中有纜避控潛水器又分為水中自航式、拖航式和能在海底結(jié)構(gòu)物上爬行式三種。 無(wú)人有纜潛水器的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：一是水深普遍加深，向深海發(fā)展；二是操縱控制系統(tǒng)多采用大容量計(jì)算機(jī)，實(shí)施處理資料和進(jìn)行數(shù)字控制；三是潛水器上的機(jī)械手采用多功能，力反饋監(jiān)控系統(tǒng)：四是增加推進(jìn)器的數(shù)量與功率，以提高其頂流作業(yè)的能力和操縱性能。此外，還特別注意潛水器的小型化和提高其觀察能力。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)成果： 美國(guó)新近研究水下作業(yè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)吸收海水中熱量提供電力，從事人類難以達(dá)到的遠(yuǎn)距離，深海作業(yè)，并實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)探任務(wù)。 清洗用機(jī)器人國(guó)內(nèi)外相關(guān)成果： 國(guó)外相關(guān)成果：NZ-77L水下作業(yè)機(jī)器人（日本） NZ-77L機(jī)器人可進(jìn)行水下作業(yè)，清洗泳池，可清洗水池底部。可自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人為操控。采用輪式結(jié)構(gòu)，著地面積小，運(yùn)動(dòng)效率低，水吞吐效率低，機(jī)器人笨重，需人力上浮。 國(guó)內(nèi)相關(guān)成果： 一．專利申請(qǐng)?zhí)枮?00720310986.8，發(fā)明名稱為清洗機(jī)器人。 清洗機(jī)器人功耗低，池壁清洗，可將池壁泥灰掃除，體積小巧，能應(yīng)用于復(fù)雜場(chǎng)合，但不能將泥灰等收集，清洗完畢后，需將水池水全部換掉，有視頻采集，視頻實(shí)施傳輸，但功能簡(jiǎn)單，實(shí)用性差。 二．專利申請(qǐng)?zhí)枮?6208720，名稱為水下清淤機(jī)。 水下清淤機(jī)適用于池塘河道的清淤作業(yè)，功耗大，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積大，不適于室內(nèi)作業(yè)。
