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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 仿生越障探測(cè)車
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外研制的災(zāi)難搜救機(jī)器人存在的體積過大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便于對(duì)狹小空間進(jìn)行探測(cè)、人機(jī)交互能力差、機(jī)器人操作困難等缺陷，設(shè)計(jì)了一款機(jī)動(dòng)性高、越障能力強(qiáng)、探測(cè)范圍廣、能靈活的進(jìn)行空間360度球面探測(cè)的仿生越障探測(cè)車。該探測(cè)車能承擔(dān)地震、礦難、火災(zāi)等災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)搜索救援以及排爆、排查有毒物泄漏等工作。
- 詳細(xì)介紹：
- 該探測(cè)車移動(dòng)靈活，越障高度可達(dá)170mm，能進(jìn)行空間360度的球面探測(cè)，車載通訊系統(tǒng)能在850m范圍內(nèi)穩(wěn)定的支持實(shí)時(shí)通訊，電源系統(tǒng)采用電池組供電，供電時(shí)間為5-6小時(shí)；該作品基本能勝任各項(xiàng)搜索救援任務(wù)，符合當(dāng)今救援機(jī)器人智能化、體積微型化、搜救功能全面化、人機(jī)交互能力完善化的發(fā)展趨勢(shì)。 該作品主要由機(jī)械和電控兩個(gè)部分組成。機(jī)械部分由行走越障礙系統(tǒng)和仿生探測(cè)系統(tǒng)組成。行走越障系統(tǒng)由車架、前部雙曲柄機(jī)構(gòu)、側(cè)部平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)和后部支撐機(jī)構(gòu)（與前部相同的雙曲柄機(jī)構(gòu)）組成。前輪遇障時(shí)雙曲柄機(jī)構(gòu)被動(dòng)變形，前連桿向上抬起帶動(dòng)車體攀越障礙，平行四邊形機(jī)構(gòu)可以確保探測(cè)車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，并以同樣的原理實(shí)現(xiàn)車體單邊被動(dòng)越障。仿生探測(cè)系統(tǒng)由多組兩自由度角斜機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，能夠?qū)崿F(xiàn)空間360度的球面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行有效的探測(cè)，同時(shí)把周圍信息通過傳感器反饋給電腦，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)—探測(cè)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(dòng)力電源，5V作為控制電源。整個(gè)車載控制系統(tǒng)使用一臺(tái)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(jī)外接MOSFET放大電橋作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，再結(jié)合單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)探測(cè)車的各項(xiàng)功能。
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)
- 1、目的：在于及時(shí)將受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)思路及大體方案，運(yùn)用CAD、UG、PRO/E等圖形軟件建立仿生越障探測(cè)車樣機(jī)基本模型。 2）運(yùn)用Adams、MATLAB等軟件對(duì)探測(cè)車進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并完善設(shè)計(jì)方案。 3）根據(jù)確定的參數(shù)及所設(shè)計(jì)的圖紙，制造并改進(jìn)樣機(jī)。 3、創(chuàng)新點(diǎn)： 1）由直齒圓錐齒輪和曲桿組成的角斜機(jī)構(gòu)，通過多組串聯(lián)可實(shí)現(xiàn)仿生探測(cè)系統(tǒng)的空間球面轉(zhuǎn)動(dòng)。 2）由雙曲柄機(jī)構(gòu)和平行四邊形機(jī)構(gòu)組成的組合越障車體，可實(shí)現(xiàn)探測(cè)車被動(dòng)越障。同時(shí)增強(qiáng)了探測(cè)車的機(jī)動(dòng)性、越障能力和穩(wěn)定性。 3）采用遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制，提高了搜救半徑；通過車載通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)——探測(cè)車——電腦之間信息的實(shí)時(shí)交換，增強(qiáng)了人機(jī)交互能力。 4、技術(shù)關(guān)鍵：采用平面連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)探測(cè)車的越障；運(yùn)用多組角斜機(jī)構(gòu)串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)探測(cè)系統(tǒng)的空間球面轉(zhuǎn)動(dòng)；使用一臺(tái)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(jī)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)車的各項(xiàng)功能。 5、主要技術(shù)指標(biāo)： （1）仿生越障探測(cè)車的越障高度為170mm。 （2）仿生越障探測(cè)車的車載通訊系統(tǒng)在850m范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定的進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。 （3）仿生越障探測(cè)車能夠?qū)崿F(xiàn)空間360度的球面探測(cè)。 （4）仿生越障探測(cè)車所攜帶電源能支持探測(cè)車連續(xù)工作5-6小時(shí)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品設(shè)計(jì)制造的整個(gè)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(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 仿生越障探測(cè)車?yán)闷涓邫C(jī)動(dòng)越障和便于對(duì)狹小空間探測(cè)的優(yōu)勢(shì)穿梭于坍塌的房屋廢墟、樓道臺(tái)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(chǎng)，及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)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(cái)產(chǎn)的損失。 參考文獻(xiàn): [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(jī)器人的研究現(xiàn)狀與煤礦救災(zāi)的應(yīng)用[J].機(jī)器人,2006(3),350-354 [3] 吉愛紅,戴振東,周來水.仿生機(jī)器人的研究進(jìn)展[J].機(jī)器人,2005(3),284-288
獲獎(jiǎng)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(jìng)賽中獲得特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 知識(shí)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(shí)物、產(chǎn)品，圖紙，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，錄像。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 仿生越障探測(cè)車是具有原創(chuàng)性的技術(shù)作品，其機(jī)動(dòng)性高、越障能力強(qiáng)、探測(cè)范圍廣、能靈活的進(jìn)行空間360度的球面探測(cè)（即能夠展現(xiàn)出對(duì)狹小空間具有較強(qiáng)的探測(cè)能力），該探測(cè)車采用了遠(yuǎn)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(chǎng)—探測(cè)車—電腦之間信息的實(shí)時(shí)交換，能運(yùn)用于地震、礦難、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)構(gòu)，再將多組角斜機(jī)構(gòu)通過串聯(lián)構(gòu)成探測(cè)系統(tǒng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)空間360度的球面轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于球形齒輪實(shí)現(xiàn)的空間360度球面轉(zhuǎn)動(dòng)，角斜機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單更容易加工，即具有制造成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)。此外該種探測(cè)系統(tǒng)通過進(jìn)一步完善實(shí)現(xiàn)精確定位后也可運(yùn)用于其他的領(lǐng)域，如：數(shù)控加工、手術(shù)機(jī)器人、果實(shí)采摘……從而可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也可將其運(yùn)用于科研領(lǐng)域，增加其學(xué)術(shù)價(jià)值。該作品目前處于國(guó)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(guó)、日本等西方發(fā)達(dá)國(guó)家在地震、火災(zāi)等救援機(jī)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(chǎng)救援的機(jī)器人。以牽引和運(yùn)動(dòng)方式的不同搜救機(jī)器人主要可分為以下幾類: 1.履帶式搜救機(jī)器人 目前國(guó)際上幾家著名機(jī)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(jī)器人 美國(guó)iRobot 公司生產(chǎn)的PackBot 系列機(jī)器人, PackBot 機(jī)器人有一對(duì)鰭形前肢,這對(duì)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(tái)以便更好地觀察。加拿大Inuktun 公司MicroVGTV 多態(tài)搜救機(jī)器人,它可以根據(jù)搜索通道的大小及搜尋范圍的遠(yuǎn)近靈活地調(diào)整形狀和尺寸，但體積小了搜索視野就會(huì)受到限制。 3.仿生搜救機(jī)器人 為了滿足對(duì)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(jī)器人,其中蛇形機(jī)器人就是其中很重要的一類。CMU 研制的安裝在移動(dòng)平臺(tái)上的蛇形機(jī)器人,日本大阪大學(xué)研制的蛇形機(jī)器人。我國(guó)中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所,國(guó)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(jī)器人系統(tǒng)。美國(guó)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(jī)器人。 2001 年“911”事件發(fā)生后,美國(guó)國(guó)內(nèi)主要機(jī)器人生產(chǎn)公司和研究機(jī)構(gòu)都組織參加了紐約世貿(mào)大廈現(xiàn)場(chǎng)的搜救工作,他們是南佛羅里達(dá)大學(xué)機(jī)器人輔助搜尋與救援研究中心,MIT 的iRobot 公司,美國(guó)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(chǎng)實(shí)際使用情況表明,目前所研制的搜救機(jī)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(jī)器人的移動(dòng)性、通訊問題、智能圖像處理軟件以及人機(jī)交互能力等方面。機(jī)器人體積偏大,無法進(jìn)入狹小空間進(jìn)行搜救;廢墟上的高溫使機(jī)器人履帶軟化而無法正常行進(jìn);圖像智能識(shí)別能力不足,救援人員絕大部分時(shí)間(超過80%) 都在用于對(duì)機(jī)器人發(fā)回圖像的分析、辨別上;人機(jī)交互能力差,機(jī)器人操縱困難等。
