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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 雙臂可移動(dòng)式遙控機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目是一臺(tái)履帶式雙機(jī)械臂機(jī)器人,主要可執(zhí)行地震救援、排爆、特殊環(huán)境檢測(cè)和偵查等危險(xiǎn)工作。雙機(jī)械臂采用電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，單臂負(fù)載力達(dá)到30kg。結(jié)合短距離和中遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方式，保障機(jī)器人在1500m范圍內(nèi)的無(wú)線控制。該機(jī)器人可攜帶有效載荷150kg，最大速度為35m/min，攀爬30°斜坡。利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正、逆解，結(jié)合控制算法解決了雙臂干涉問(wèn)題。采用擬人化的控制方式，提高機(jī)器人可控性。
- 詳細(xì)介紹：
- 該機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、無(wú)線通信以及圖像處理等多項(xiàng)領(lǐng)域。其具有三大功能：遠(yuǎn)程救援排爆探測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息反饋。 基本思路是通過(guò)對(duì)雙機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高雙機(jī)械臂的動(dòng)作能力和負(fù)載力，簡(jiǎn)化機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和加工復(fù)雜度；采用一種擬人化的控制方式，提高多自由度機(jī)器人的可控性；通過(guò)對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的高安全性和高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，提高機(jī)器人整體的穩(wěn)定性和安全性。 創(chuàng)新點(diǎn)主要在機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上，突破了傳統(tǒng)機(jī)械臂直流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模式，創(chuàng)造性的采用電動(dòng)推桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一方面增加了機(jī)械臂的動(dòng)作能力，另一方面簡(jiǎn)化了機(jī)械臂結(jié)構(gòu)及加工復(fù)雜度。在對(duì)雙臂機(jī)械手的控制方式上，采用兩種不同的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了手臂和手部動(dòng)作信息采集無(wú)線數(shù)據(jù)傳送，以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)作控制命令的無(wú)線數(shù)據(jù)傳送，將短距離數(shù)據(jù)傳輸和中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸很好的結(jié)合起來(lái)，提高控制的便攜性。在機(jī)械臂動(dòng)作控制方法上也有很好的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，由于雙機(jī)械臂的動(dòng)作控制限定條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單臂機(jī)械臂，因此，控制程序的復(fù)雜度較高。本作品較好的解決了這方面的問(wèn)題。 關(guān)鍵技術(shù)主要有高強(qiáng)度的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高精度渦輪蝸桿控制技術(shù)，高穩(wěn)定性的控制電路設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)，多任務(wù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。 本機(jī)器人長(zhǎng)1100mm，寬700mm，高500mm，重75kg，雙機(jī)械臂采用電動(dòng)推桿提供動(dòng)力，雙臂具有10個(gè)自由度，單臂負(fù)載力達(dá)到30kg，手臂長(zhǎng)1000mm?？梢揽?jī)陕膸У牟钏俎D(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)向或原地轉(zhuǎn)向。結(jié)合短距離和中遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方式，保障機(jī)器人在1500m范圍內(nèi)的無(wú)線控制。該機(jī)器人可攜帶有效載荷150kg，最大速度為35m/min，可在草地、沙灘等復(fù)雜路面上行走，攀爬30°斜坡。利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正、逆解，結(jié)合控制算法解決了雙臂干涉問(wèn)題。車載視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)周圍360°范圍里的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。電源系統(tǒng)采用鉛酸動(dòng)力電池組供電，供電時(shí)間為2—3小時(shí)。雙機(jī)械臂采用擬人化的控制方式，提高機(jī)器人可控性。
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)
- 縱觀國(guó)內(nèi)外的排爆、救援類機(jī)器人，大部分機(jī)器人均為單機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，即使是雙臂結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)器也是傳統(tǒng)的直流伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)力不足且機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外此類機(jī)器人均采用搖桿類的控制方式，對(duì)雙機(jī)械臂機(jī)器人來(lái)說(shuō)，控制很復(fù)雜。這均限制了機(jī)器人的應(yīng)用。針對(duì)以上情況，本作品通過(guò)對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)機(jī)器人的動(dòng)作能力，通過(guò)擬人化的控制方式，提高機(jī)器人的可控性。 基本思路： 1.設(shè)計(jì)動(dòng)作力好的機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)器； 2.設(shè)計(jì)擬人化控制的的體感控制工作服。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.在機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上，采用電動(dòng)推桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了機(jī)械臂的動(dòng)作能力，簡(jiǎn)化了機(jī)械臂結(jié)構(gòu)及加工復(fù)雜度。 2.在對(duì)雙臂機(jī)械人的控制方式上，結(jié)合短距離數(shù)據(jù)傳輸和中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸方式，提高控制便攜性。 3.采用體感控制工作服控制機(jī)器人雙臂，提高機(jī)器人的可控性。 關(guān)鍵技術(shù)： 高強(qiáng)度的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高精度渦輪蝸桿控制技術(shù)，高穩(wěn)定性的控制電路設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)，多任務(wù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 本機(jī)器人長(zhǎng)1100mm，寬700mm，高500mm，重75kg，雙機(jī)械臂采用電動(dòng)推桿提供動(dòng)力，雙臂具有10個(gè)自由度，單臂負(fù)載力達(dá)到30kg，手臂長(zhǎng)1000mm?？蛇b控范圍1500m，可攜帶有效載荷150kg，可在草地、沙灘等復(fù)雜路面上行走。利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正、逆解，結(jié)合控制算法解決了雙臂干涉問(wèn)題。電源系統(tǒng)采用鉛酸動(dòng)力電池組供電，供電時(shí)間為2—3小時(shí)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 英國(guó)排爆機(jī)器人“龍行者”可以說(shuō)是目前比較先進(jìn)的機(jī)器人。但是“龍行者”只有單機(jī)械臂，控制采用手動(dòng)搖桿的方式，操作很不方便，使它的應(yīng)用受到了很大的局限。本項(xiàng)目的機(jī)器人雙機(jī)械臂能夠靈活的配合，完成很多單機(jī)械臂無(wú)法完成的復(fù)雜任務(wù)?？刂品绞酵ㄟ^(guò)采集控制者雙臂的動(dòng)作，去直接控制機(jī)器人雙臂。簡(jiǎn)化了雙機(jī)械臂控制的復(fù)雜度。利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正、逆解，結(jié)合控制算法巧妙地解決了雙臂干涉問(wèn)題。本項(xiàng)目其他的很多方面也有其先進(jìn)性，比如雙處理器架構(gòu)保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，將模塊化的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用在機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)上，大大提高了機(jī)器人的擴(kuò)展性。其動(dòng)力性能、運(yùn)動(dòng)性能、操控性能均較有較大幅度增長(zhǎng)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 第八屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物 圖片 錄像 現(xiàn)場(chǎng)演示
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)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 在機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上，采用電動(dòng)推桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了機(jī)械臂的動(dòng)作能力，簡(jiǎn)化了機(jī)械臂結(jié)構(gòu)及加工復(fù)雜度。采用兩種不同的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將短距離數(shù)據(jù)傳輸和中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸很好的結(jié)合。采用擬人化的控制方式，簡(jiǎn)化了多自由度雙機(jī)械臂的控制。利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正、逆解，結(jié)合控制算法巧妙地解決了雙臂干涉問(wèn)題。。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 本項(xiàng)目可大力推廣使用于國(guó)防安全領(lǐng)域，可用于國(guó)防安全領(lǐng)域，例如排爆、戰(zhàn)場(chǎng)偵查、地震救援、核事故現(xiàn)場(chǎng)處理等；亦可用于工業(yè)領(lǐng)域，提高經(jīng)濟(jì)效益。如果加上工業(yè)的生產(chǎn)水平，可用于航空航天領(lǐng)域：加載遠(yuǎn)程遙控模塊及專用設(shè)備，本作品可以用于采集月巖、月壤樣品 等等。 根據(jù)我們對(duì)市場(chǎng)需求的分析，由于本產(chǎn)品在國(guó)防安全領(lǐng)域及工業(yè)領(lǐng)域的用途豐富，而且其具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，可以應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，具有很大的市場(chǎng)，在低成本上，蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 在救援防暴機(jī)器人的研究中，國(guó)內(nèi)外都取得了令人矚目的成就，有代表性的有德國(guó)Teodor多用途警用機(jī)器人、美國(guó)TALON“魔爪”系列機(jī)器人、“靈蜥-B”型救援防暴機(jī)器人、龍衛(wèi)士DG-X3B型救援機(jī)器人等等。 德國(guó)Teodor多用途警用機(jī)器人主要技術(shù)參數(shù)如下：長(zhǎng)：1300mm；寬：680mm；高：?jiǎn)螜C(jī)械臂；1100mm（機(jī)械手折疊時(shí)）、2800mm（機(jī)械手垂直時(shí)）、2400mm （機(jī)械手水平時(shí)）；標(biāo)準(zhǔn)重量：360kg（攜帶機(jī)械手和電池時(shí)）；行駛速度：0-50m/min（可調(diào)）；滿載時(shí)爬坡能力：32°；最小轉(zhuǎn)彎半徑：730mm；最大有效載荷：500kg；機(jī)械手最大抓取質(zhì)量：30kg。 美國(guó)TALON“魔爪”系列機(jī)器人是Foster-miller公司研制的一種輕型機(jī)器人。TALON機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)如下：長(zhǎng)：850mm；寬：550mm；高：270mm；單機(jī)械臂；標(biāo)準(zhǔn)重量：38.5kg（不攜帶機(jī)械手時(shí)）；行駛速度：0-105m/min（可調(diào)）；滿載時(shí)爬坡能力：32°；最大有效載荷：100kg；操縱距離：1800m。 “靈蜥-B”型反恐防暴機(jī)器人由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制，它是一種具有抓取、銷毀爆炸物等功能的新型機(jī)器人。單機(jī)械臂，自重僅180千克；由電池電力驅(qū)動(dòng)，可維持?jǐn)?shù)小時(shí)左右；最大直線運(yùn)動(dòng)速度為40米/分鐘，大、小臂完全展開時(shí)能舉起8公斤以上的重物，充分吸收了國(guó)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。 龍衛(wèi)士DG-X3B型反恐機(jī)器人廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司研制的，性能指標(biāo)：重量：50公斤；速度：0～1m/s，可變速度控制；越障能力：27度樓梯，30度斜坡，20cm垂直障礙物，可在草地，沙地，碎石地，雪地運(yùn)行；負(fù)載能力：60kg(水泥路直行)；通訊距離：有線無(wú)錢雙模式，150米視距通訊。 經(jīng)過(guò)對(duì)許多國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的機(jī)器人的研究狀況的了解，我們掌握了一定的機(jī)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(guó)內(nèi)外作品。在對(duì)機(jī)器人現(xiàn)狀的調(diào)查中，我們?cè)谇捌谘芯恐锌偨Y(jié)了先前方案的優(yōu)勢(shì)和缺陷，提出了一種新結(jié)構(gòu)、新控制方式的雙臂機(jī)器人，采用電動(dòng)推桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了機(jī)械臂的動(dòng)作能力，簡(jiǎn)化了機(jī)械臂結(jié)構(gòu)及加工復(fù)雜度。將短距離數(shù)據(jù)傳輸和中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸結(jié)合起來(lái)，擴(kuò)展控制便攜性。
