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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- “祥龍”高適應(yīng)性多功能蛇形機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 作為救援破障類(lèi)機(jī)器人，“祥龍”成功彌補(bǔ)了現(xiàn)有蛇形機(jī)器人普遍存在的工作環(huán)境單一、動(dòng)力供應(yīng)不足、耐高溫性能差、翻倒無(wú)法復(fù)位等不足。 “祥龍”具有穩(wěn)定性好、橫截面小、柔性好、翻倒自適應(yīng)、防水防塵、耐高溫、可遠(yuǎn)程遙控等特點(diǎn)，可以在多種復(fù)雜地形上行走，在水、火中有較高工作能力,低廉的制造成本也為大規(guī)模應(yīng)用提供了條件。在救援、探查、星球探測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、“祥龍”的基本結(jié)構(gòu)： “祥龍”主要由蛇頭、殼體、異型輪、變向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、抬升機(jī)構(gòu)組成。我們采用的是動(dòng)車(chē)組動(dòng)力供應(yīng)原理，蛇體多節(jié)都有動(dòng)力。 二、便于搜尋、救援與破障： 在蛇頭蛇體內(nèi)加裝了各種探測(cè)儀器可以收集聲音、溫度、位置、影像等信息，變于救援人員制定出高效、準(zhǔn)確的救援方案；為了更好的越障，我們?cè)谏唧w均布有減摩輪，以減小外界環(huán)境對(duì)蛇體的刮碰和摩擦；采用氣膜冷卻法——在蛇體的每節(jié)中段與前后鉸鏈連接處，在裝配過(guò)程中形成的0.1mm間隙，當(dāng)蛇體充滿(mǎn)高壓水時(shí)，水經(jīng)過(guò)沿圓周均布的三個(gè)φ3小孔通過(guò)沿圓周的0.1mm間隙噴出，形成多層水膜，起到冷卻蛇體，隔離高溫的作用。氣膜孔還可為在廢墟中受困者提供水或空氣，延緩其生命；在蛇頭前端安裝了三個(gè)觸頭，當(dāng)蛇體向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，中間觸頭受壓，爬升機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，使蛇頭抬起。當(dāng)右側(cè)觸頭受壓時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動(dòng)，使蛇頭向左轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)左側(cè)觸頭受壓時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動(dòng)，使蛇頭向右轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的自控狀態(tài)；有了這些“祥龍”就可以更好的救援破障。 三、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新： 設(shè)計(jì)異形輪，輪子形狀受碗的啟發(fā)，設(shè)計(jì)異形輪便于翻到后還能繼續(xù)行進(jìn)。變向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、抬升機(jī)構(gòu)里都有我們團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新元素，并且有多種設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)于翻到后能保持驅(qū)動(dòng)連續(xù)性。 四、材料創(chuàng)新：我們作品的最終目的是投入救援救災(zāi)工作中去，為了使“祥龍”在惡劣未知環(huán)境下有更高的工作效率、更強(qiáng)的工作性能，我們還在“祥龍”的選材方面進(jìn)行了創(chuàng)新。請(qǐng)看右側(cè)說(shuō)明圖表： 五、功能創(chuàng)新： ⑴采用動(dòng)車(chē)組動(dòng)力供應(yīng)原理 ，即采用分散式多動(dòng)力源，為“蛇”的運(yùn)動(dòng)提供充足能量； ⑵采用懸浮自平衡法：用檢測(cè)、修磨配重的方法保證爬升機(jī)構(gòu)在蛇體任意翻滾的情況下保持正常工作； ⑶采用氣膜冷卻法：形成多層水膜，起到冷卻蛇體，隔離高溫的作用。氣膜孔還可為受困人員提供水或空氣。氣膜孔噴出的水反作用力加速蛇體的向前運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)蛇體在水中時(shí)，蛇體內(nèi)充滿(mǎn)高壓空氣，蛇體可以浮在水面上，在尾部螺旋槳和尾舵的作用下，蛇體可以在水面上自由爬行，當(dāng)蛇體內(nèi)充滿(mǎn)高壓水時(shí)，蛇體可以潛入水下，在尾部螺旋槳和尾舵的作用下，蛇體可以在水下自由爬行，完成水上及水下的救援任務(wù)； ⑷設(shè)計(jì)異型輪，便于蛇體在翻到后還能繼續(xù)前進(jìn)； ⑸設(shè)計(jì)三角自重可控開(kāi)關(guān)，便于蛇體翻到后自動(dòng)控制輪子的轉(zhuǎn)向，保證蛇體正常行進(jìn)。 ⑹感應(yīng)控制系統(tǒng)：在蛇頭前端安裝了三個(gè)觸頭，當(dāng)蛇體向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，中間觸頭受壓，爬升機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，使蛇頭抬起。當(dāng)右側(cè)觸頭受壓時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動(dòng)，使蛇頭向左轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)左側(cè)觸頭受壓時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動(dòng)，使蛇頭向右轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的自控狀態(tài)； ⑺采用減摩輪法：當(dāng)蛇體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，采用減摩輪可以減輕外界環(huán)境對(duì)蛇體的刮碰和摩擦； ⑻采用多項(xiàng)信息收集法：可以收集聲音、溫度、位置、影像等信息，對(duì)受災(zāi)受困人員做出科學(xué)的判斷，制定出高效、準(zhǔn)確的救援方案； ⑼表面噴涂熱障涂層，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力六、多方案?jìng)溥x： 因?yàn)槭袌?chǎng)因素也是一個(gè)主要考慮的條件，我團(tuán)隊(duì)思維活躍，想出了多套備選方案。我們會(huì)根據(jù)市場(chǎng)匹配性進(jìn)行橫向比較，擇優(yōu)選取。在不同關(guān)節(jié)可能有不同形式，不會(huì)局限在固定是哪種上。 綜上所述： “祥龍”高適應(yīng)性、多功能蛇形機(jī)器人可以在地震、火災(zāi)、水災(zāi)、易燃易爆等多種復(fù)雜環(huán)境中實(shí)施救援，具有高適應(yīng)、多功能的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)有較高的創(chuàng)新性。
作品圖片
作品專(zhuān)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)
- 一、作品設(shè)計(jì)的基本思路 如何解決機(jī)器人搜尋救援破障等問(wèn)題？ 如何使“祥龍”對(duì)多種復(fù)雜環(huán)境具備自適應(yīng)能力和較強(qiáng)的通過(guò)能力? 如何提高強(qiáng)化“祥龍”的這種能力？ 主要設(shè)想： 采用分散動(dòng)力，采用減摩措施，翻轉(zhuǎn)后還能驅(qū)動(dòng)前進(jìn)，并設(shè)計(jì)多種驅(qū)動(dòng)方式和方案，以保證能在未知環(huán)境下有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和通過(guò)能力。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)關(guān)鍵是在對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，及強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，我們采用機(jī)電綜合模式，同時(shí)結(jié)合動(dòng)車(chē)組動(dòng)力分散設(shè)計(jì)思想來(lái)驅(qū)動(dòng)。 二、創(chuàng)新點(diǎn) 1、設(shè)計(jì)異型車(chē)輪和三角自重可控開(kāi)關(guān)，便于蛇體翻倒還可繼續(xù)前行； 2、將動(dòng)車(chē)組多動(dòng)力供應(yīng)原理應(yīng)用于“蛇”，提高其工作效率； 3、將感應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于“蛇”，使其能自動(dòng)適應(yīng)周?chē)h(huán)境； 4、將熱障涂層技術(shù)應(yīng)用于“蛇”，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力； 5、在蛇體周?chē)O(shè)計(jì)減摩輪，減少行進(jìn)中的摩擦力; 6、設(shè)計(jì)氣膜孔結(jié)構(gòu)，可在廢墟中為受災(zāi)者提供水和空氣； 7、將螺旋槳推進(jìn)器應(yīng)用于蛇體尾部，保證“蛇”在水中的快速運(yùn)動(dòng)。 三、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 動(dòng)作方面 設(shè)計(jì)了變向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)組件以及爬升組件三類(lèi)結(jié)構(gòu)，而且驅(qū)動(dòng)組件以及爬升組件各設(shè)計(jì)了兩組方案以實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。 功能方面 采用動(dòng)車(chē)組動(dòng)力供應(yīng)原理、懸浮自平衡法、氣膜冷卻法、減摩輪法、以及多項(xiàng)信息收集法、三角自重可控開(kāi)關(guān)、感應(yīng)控制系統(tǒng)以完善機(jī)器人的各部分性能，并通過(guò)表面噴涂熱障涂層，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 先進(jìn)性說(shuō)明: 1、采用動(dòng)車(chē)組動(dòng)力供應(yīng)原理 ，即采用分散式多動(dòng)力源，為“蛇”的運(yùn)動(dòng)提供充足能量； 2、采用懸浮自平衡法：用檢測(cè)、修磨配重的方法保證爬升機(jī)構(gòu)在蛇體任意翻滾的情況下保持正常工作； 3、采用氣膜冷卻法：蛇體充滿(mǎn)高壓水時(shí)，形成多層水膜，起到冷卻蛇體，隔離高溫的作用； 4、設(shè)計(jì)異型輪，便于蛇體在翻倒后還能繼續(xù)前進(jìn)； 5、設(shè)計(jì)三角自重可控開(kāi)關(guān)，便于蛇體翻到后自動(dòng)控制輪子的轉(zhuǎn)向，保證蛇體正常行進(jìn)； 6、感應(yīng)控制系統(tǒng)：在蛇頭前端安裝了三個(gè)觸頭，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動(dòng)，使蛇頭轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的自控狀態(tài)； 7、采用減摩輪法：當(dāng)蛇體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，采用減摩輪可以減輕外界環(huán)境對(duì)蛇體的刮碰和摩擦； 8、采用多項(xiàng)信息收集法：可以收集聲音、溫度、位置、影像等信息，對(duì)受災(zāi)受困人員做出科學(xué)的判斷，制定出高效、準(zhǔn)確的救援方案； 9、表面噴涂熱障涂層，提高其在高溫環(huán)境中的工作能力。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年07月獲得《一種多功能蛇形機(jī)器人》專(zhuān)利授權(quán)； 2010年11月獲得《三角自重可控開(kāi)關(guān)》專(zhuān)利授權(quán)； 2010年06月依托祥龍專(zhuān)利核心技術(shù)，成立黎翔機(jī)械設(shè)備有限公司，獲創(chuàng)業(yè)富民基金； 2011年05月獲得第九屆“挑戰(zhàn)杯”XX省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)； 2010年04月獲XX省青創(chuàng)會(huì)壹萬(wàn)元資助金； 2010年05月在《機(jī)電技術(shù)》雜志公開(kāi)發(fā)表論文一篇； 2011年11月在《企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)》雜志公開(kāi)發(fā)表論文一篇； 2010年07月獲XX省第四屆大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)； 2009年09月獲得校學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目伍仟元資助金； 2011年05月獲得XX大學(xué)“升華杯”科技學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開(kāi)發(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物 產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤(pán) 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 樣品
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)
- 一、使用說(shuō)明： 1、產(chǎn)品組成 本蛇形機(jī)器人由蛇頭、蛇體、蛇尾組成，節(jié)數(shù)根據(jù)環(huán)境設(shè)定，暫定12節(jié)，蛇體截面為φ50mm，最大輪廓尺寸φ70mm，總長(zhǎng)約1600mm。 2、產(chǎn)品運(yùn)動(dòng) “祥龍”在蛇頭中段安裝有左右轉(zhuǎn)向組件，該組件也可以安裝在蛇尾，能夠?qū)崿F(xiàn)蛇體的左右轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)向功能。 二、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)： 1.工作環(huán)境多樣 在先進(jìn)技術(shù)的支持下，“祥龍”高適應(yīng)性、多功能蛇形機(jī)器人可以在地震、火災(zāi)、水災(zāi)、易燃易爆等多種復(fù)雜環(huán)境中實(shí)施救援。 2.動(dòng)力充足 采用動(dòng)車(chē)組分散式多動(dòng)力源，為“蛇”的運(yùn)動(dòng)提供充足的能量。 3.智能反應(yīng) 本機(jī)器人可以收集聲音、溫度、位置、影像等綜多方位信息。 4.性?xún)r(jià)比高 與同類(lèi)產(chǎn)品相比，本產(chǎn)品性?xún)r(jià)比高，救援能力強(qiáng)，適合大范圍推廣。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 近十年來(lái)，尤其是“911”事件后，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)方式的不同救援機(jī)器人主要可分以下幾類(lèi)： 1、履帶式搜救機(jī)器人 履帶式機(jī)器人是為了滿(mǎn)足軍事偵察、拆除危險(xiǎn)物等作業(yè)的需要，在傳統(tǒng)的輪式移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。他們主要是為了滿(mǎn)足軍事需要而開(kāi)發(fā)的．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)搜尋幸存者。 2、可變形(多態(tài))搜救機(jī)器人 為了能進(jìn)入狹小空間展開(kāi)搜救工作，要求機(jī)器人的體積要盡可能小，但體積小了搜索視野就會(huì)受到限制，為解決這一矛盾，近年來(lái)在傳統(tǒng)牽引式搜救機(jī)器人平臺(tái)基礎(chǔ)上，研制出了形態(tài)可變的履帶式多態(tài)搜救機(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。 3、仿生搜救機(jī)器人 雖然履帶式可變形多態(tài)機(jī)器人可根據(jù)搜索空間的大小改變其形狀和尺寸，但受驅(qū)動(dòng)方式的限制，其體積不可能做得很小。為了滿(mǎn)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(lèi)。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。 日本是最早開(kāi)展蛇形機(jī)器人研究的國(guó)家，東京科技大學(xué)1972年研制出世界上第一臺(tái)蛇形機(jī)器人，其速度可達(dá)40厘米/秒，而美國(guó)的蛇形機(jī)器人研究則代表了當(dāng)今世界上的先進(jìn)水平，2000年10月，美國(guó)航天局在加利福尼亞裝備研制中心展示了一種用于外太空探險(xiǎn)的蛇形機(jī)器人，它在一些復(fù)雜地形進(jìn)行行走是如履平地，運(yùn)動(dòng)十分靈活?！ ? 在國(guó)內(nèi)，國(guó)防科技大學(xué)是我國(guó)最早開(kāi)展機(jī)器人研制的單位之一，我國(guó)中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，北京航空航天大學(xué)等單位也都相繼研制出了類(lèi)似的蛇形機(jī)器人系統(tǒng)。隨著技術(shù)的不斷成熟，相信蛇形、蠅形等仿生機(jī)器人會(huì)在災(zāi)難搜救工作中發(fā)揮越來(lái)越大的不可替代的特殊作用。
