基本信息
- 項目名稱：
- 仿生越障探測車
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對目前國內(nèi)外研制的災(zāi)難搜救機器人存在的體積過大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便于對狹小空間進行探測、人機交互能力差、機器人操作困難等缺陷，設(shè)計了一款機動性高、越障能力強、探測范圍廣、能靈活的進行空間360度球面探測的仿生越障探測車。該探測車能承擔地震、礦難、火災(zāi)等災(zāi)難現(xiàn)場搜索救援以及排爆、排查有毒物泄漏等工作。
- 詳細介紹：
- 該探測車移動靈活，越障高度可達170mm，能進行空間360度的球面探測，車載通訊系統(tǒng)能在850m范圍內(nèi)穩(wěn)定的支持實時通訊，電源系統(tǒng)采用電池組供電，供電時間為5-6小時；該作品基本能勝任各項搜索救援任務(wù)，符合當今救援機器人智能化、體積微型化、搜救功能全面化、人機交互能力完善化的發(fā)展趨勢。 該作品主要由機械和電控兩個部分組成。機械部分由行走越障礙系統(tǒng)和仿生探測系統(tǒng)組成。行走越障系統(tǒng)由車架、前部雙曲柄機構(gòu)、側(cè)部平行四邊形連桿機構(gòu)和后部支撐機構(gòu)（與前部相同的雙曲柄機構(gòu)）組成。前輪遇障時雙曲柄機構(gòu)被動變形，前連桿向上抬起帶動車體攀越障礙，平行四邊形機構(gòu)可以確保探測車運動的平穩(wěn)性，并以同樣的原理實現(xiàn)車體單邊被動越障。仿生探測系統(tǒng)由多組兩自由度角斜機構(gòu)串聯(lián)而成，能夠?qū)崿F(xiàn)空間360度的球面轉(zhuǎn)動，從而對周圍環(huán)境進行有效的探測，同時把周圍信息通過傳感器反饋給電腦，實現(xiàn)現(xiàn)場—探測車—電腦之間的信息交換。電控部分由供電系統(tǒng)和車載通訊系統(tǒng)組成。供電系統(tǒng)采用兩套相互隔離的電源，其中12V作為系統(tǒng)動力電源，5V作為控制電源。整個車載控制系統(tǒng)使用一臺八通道35MHz無線遙控發(fā)射/接收器作為主控制器，采用PWM控制方式，伺服電機外接MOSFET放大電橋作為電機的驅(qū)動，再結(jié)合單片機來實現(xiàn)探測車的各項功能。
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
- 1、目的：在于及時將受災(zāi)現(xiàn)場情況反饋給救援人員，提高搜救受災(zāi)者的速度以及效率。 2、基本思路： 1）根據(jù)設(shè)計思路及大體方案，運用CAD、UG、PRO/E等圖形軟件建立仿生越障探測車樣機基本模型。 2）運用Adams、MATLAB等軟件對探測車進行運動仿真，并完善設(shè)計方案。 3）根據(jù)確定的參數(shù)及所設(shè)計的圖紙，制造并改進樣機。 3、創(chuàng)新點： 1）由直齒圓錐齒輪和曲桿組成的角斜機構(gòu)，通過多組串聯(lián)可實現(xiàn)仿生探測系統(tǒng)的空間球面轉(zhuǎn)動。 2）由雙曲柄機構(gòu)和平行四邊形機構(gòu)組成的組合越障車體，可實現(xiàn)探測車被動越障。同時增強了探測車的機動性、越障能力和穩(wěn)定性。 3）采用遙控技術(shù)實現(xiàn)遠程智能控制，提高了搜救半徑；通過車載通訊系統(tǒng)實現(xiàn)了災(zāi)難現(xiàn)場——探測車——電腦之間信息的實時交換，增強了人機交互能力。 4、技術(shù)關(guān)鍵：采用平面連桿機構(gòu)來實現(xiàn)探測車的越障；運用多組角斜機構(gòu)串聯(lián)來實現(xiàn)探測系統(tǒng)的空間球面轉(zhuǎn)動；使用一臺九通道35MHz無線遙控發(fā)射/接收作為中央控制器結(jié)合單片機，實現(xiàn)探測車的各項功能。 5、主要技術(shù)指標： （1）仿生越障探測車的越障高度為170mm。 （2）仿生越障探測車的車載通訊系統(tǒng)在850m范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定的進行實時通訊。 （3）仿生越障探測車能夠?qū)崿F(xiàn)空間360度的球面探測。 （4）仿生越障探測車所攜帶電源能支持探測車連續(xù)工作5-6小時。
科學(xué)性、先進性
- 本作品設(shè)計制造的整個過程貫穿了現(xiàn)代制造理念，最大程度降低了制造成本，縮短了研發(fā)周期，增強了產(chǎn)品的市場競爭力。 仿生越障探測車利用其高機動越障和便于對狹小空間探測的優(yōu)勢穿梭于坍塌的房屋廢墟、樓道臺階等各種復(fù)雜地形之間，替代搜救人員深入災(zāi)難現(xiàn)場，及時將現(xiàn)場信息通過車載通訊系統(tǒng)傳回救援指揮處，增大救援力度，減少救援人員的傷亡以及財產(chǎn)的損失。 參考文獻: [1] Wilson Rothman.Rescuer by Remote Need Help Send in the Robot.Time,Tuesday,June 8,2004. [2] 錢善華,葛世榮,等. 機器人的研究現(xiàn)狀與煤礦救災(zāi)的應(yīng)用[J].機器人,2006(3),350-354 [3] 吉愛紅,戴振東,周來水.仿生機器人的研究進展[J].機器人,2005(3),284-288
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品在湖南省第九屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得特等獎。
作品所處階段
- 中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓或技術(shù)授權(quán)方式。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，圖紙，現(xiàn)場演示，圖片，錄像。
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
- 仿生越障探測車是具有原創(chuàng)性的技術(shù)作品，其機動性高、越障能力強、探測范圍廣、能靈活的進行空間360度的球面探測（即能夠展現(xiàn)出對狹小空間具有較強的探測能力），該探測車采用了遠程遙控控制，增大了搜救半徑，并能夠?qū)崿F(xiàn)災(zāi)難現(xiàn)場—探測車—電腦之間信息的實時交換，能運用于地震、礦難、火災(zāi)現(xiàn)場等災(zāi)難搜索救援以及排爆、排查有毒物泄漏等工作。此外該作品中巧妙的將直齒圓錐齒輪與曲桿結(jié)合構(gòu)成兩自由度角斜機構(gòu)，再將多組角斜機構(gòu)通過串聯(lián)構(gòu)成探測系統(tǒng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)空間360度的球面轉(zhuǎn)動，相對于球形齒輪實現(xiàn)的空間360度球面轉(zhuǎn)動，角斜機構(gòu)結(jié)構(gòu)更簡單更容易加工，即具有制造成本相對較低的優(yōu)勢。此外該種探測系統(tǒng)通過進一步完善實現(xiàn)精確定位后也可運用于其他的領(lǐng)域，如：數(shù)控加工、手術(shù)機器人、果實采摘……從而可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟價值，同時也可將其運用于科研領(lǐng)域，增加其學(xué)術(shù)價值。該作品目前處于國內(nèi)較高水平，發(fā)展前景可觀，值得推廣。
同類課題研究水平概述
- 近十年來,尤其是“911”事件之后,美國、日本等西方發(fā)達國家在地震、火災(zāi)等救援機器人的研究方面做了大量的工作,研究出了各種可用于災(zāi)難現(xiàn)場救援的機器人。以牽引和運動方式的不同搜救機器人主要可分為以下幾類: 1.履帶式搜救機器人 目前國際上幾家著名機器人公司的典型產(chǎn)品,他們主要是為了滿足軍事需要而開發(fā),體積普遍偏大,不太適合在倒塌的建筑物廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋幸者。 2.可變形(多態(tài)) 搜救機器人 美國iRobot 公司生產(chǎn)的PackBot 系列機器人, PackBot 機器人有一對鰭形前肢,這對鰭形前肢可以幫助在崎嶇的地面上導(dǎo)航,也可以升高感知平臺以便更好地觀察。加拿大Inuktun 公司MicroVGTV 多態(tài)搜救機器人,它可以根據(jù)搜索通道的大小及搜尋范圍的遠近靈活地調(diào)整形狀和尺寸，但體積小了搜索視野就會受到限制。 3.仿生搜救機器人 為了滿足對更狹小空間搜索的需要,人們根據(jù)生態(tài)學(xué)原理研制出了各種體積更小的仿生機器人,其中蛇形機器人就是其中很重要的一類。CMU 研制的安裝在移動平臺上的蛇形機器人,日本大阪大學(xué)研制的蛇形機器人。我國中國科學(xué)院沈陽自動化研究所,國防科技大學(xué),北京航空航天大學(xué)等單位也都相繼研制出了類似的蛇形機器人系統(tǒng)。美國加州大學(xué)伯克利分校研制的身高不足3 cm 的蒼蠅搜救機器人。 2001 年“911”事件發(fā)生后,美國國內(nèi)主要機器人生產(chǎn)公司和研究機構(gòu)都組織參加了紐約世貿(mào)大廈現(xiàn)場的搜救工作,他們是南佛羅里達大學(xué)機器人輔助搜尋與救援研究中心,MIT 的iRobot 公司,美國海軍的SPAWAR 研究中心,以及具有五十多年歷史的Foster - Miller 公司等。災(zāi)難現(xiàn)場實際使用情況表明,目前所研制的搜救機器人仍然存在不少需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。主要表現(xiàn)在機器人的移動性、通訊問題、智能圖像處理軟件以及人機交互能力等方面。機器人體積偏大,無法進入狹小空間進行搜救;廢墟上的高溫使機器人履帶軟化而無法正常行進;圖像智能識別能力不足,救援人員絕大部分時間(超過80%) 都在用于對機器人發(fā)回圖像的分析、辨別上;人機交互能力差,機器人操縱困難等。
