題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 可輪旋轉(zhuǎn)換可抬頭的螺旋行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
- 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)目研究一種不同于目前人們常見的行走機(jī)構(gòu)，如輪式、履帶式、腿式、蛇形式以及它們的復(fù)合式等，而采用螺旋式行走驅(qū)動(dòng)，即以螺旋為特征的新式行走機(jī)構(gòu)。通過(guò)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使其具有以下功能：1、實(shí)現(xiàn)能夠在復(fù)雜、變化的環(huán)境和條件下具有適應(yīng)能力、獲得行走運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能。2、實(shí)現(xiàn)能夠翻越各種障礙、能適應(yīng)野外復(fù)雜地形地貌越野驅(qū)動(dòng)。3、實(shí)現(xiàn)能夠平穩(wěn)爬升樓梯，在建筑中不依賴電梯可進(jìn)行物資、傷員等的輸送。
- 詳細(xì)介紹：
- 行走機(jī)構(gòu)對(duì)人們的生產(chǎn)生活有著巨大的影響，本項(xiàng)目研究一種不同于目前人們常見的行走機(jī)構(gòu)，如輪式、履帶式、腿式、蛇形式以及它們的復(fù)合式等，而采用螺旋式行走驅(qū)動(dòng)，即以螺旋為特征的新式行走機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)反向螺旋輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)螺旋輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的前后左右四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，利用螺旋摩擦副的強(qiáng)摩擦力，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的爬梯行走。本項(xiàng)目為了更方便實(shí)際應(yīng)用，以及適應(yīng)不同環(huán)境和條件，設(shè)計(jì)了可進(jìn)行輪式行走驅(qū)動(dòng)、亦可螺旋式行走驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)軸采用可伸縮的機(jī)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的輪式與螺旋式的轉(zhuǎn)換(即輪旋轉(zhuǎn)換)，提高其行走效率以及解決轉(zhuǎn)向等問(wèn)題。同時(shí)，為了加強(qiáng)機(jī)構(gòu)對(duì)各種復(fù)雜地形的適應(yīng)力，加強(qiáng)其綜合行走能力，本項(xiàng)目還設(shè)計(jì)了錐式螺旋行走機(jī)構(gòu)、可抬頭式螺旋行走機(jī)構(gòu)以適應(yīng)各種復(fù)雜地形的行走。 螺旋式行走機(jī)構(gòu)具有適應(yīng)性強(qiáng)、功能多樣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等顯著特點(diǎn)，可應(yīng)用于多功能機(jī)器人的行走、工業(yè)方面可用于物體搬運(yùn)的傳送機(jī)構(gòu)，同時(shí)利用螺旋行走機(jī)構(gòu)的良好越障能力以及強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力可應(yīng)用于探險(xiǎn)救災(zāi)、野外科學(xué)考察等領(lǐng)域，也可應(yīng)用于社會(huì)生活方面如爬梯工具，高樓缺電的救災(zāi)運(yùn)輸、傷員救助等。
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 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的 為了設(shè)計(jì)出集行走、爬梯、越障功能于一體的新型行走機(jī)構(gòu)，本項(xiàng)目著手研究以螺旋為特征的行走機(jī)構(gòu)：為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的全方位行走和爬梯越障，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用兩個(gè)反向螺旋輪作為行走部分；為了提高機(jī)構(gòu)對(duì)多種路況的適應(yīng)性以及解決平地與階梯障礙的平穩(wěn)過(guò)渡，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)出輪旋轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及可抬頭機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2 基本思路 2.1 設(shè)計(jì)采用兩個(gè)反向螺旋輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的全方位行走和爬梯越障 2.2 設(shè)計(jì)螺旋轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)來(lái)提高效率 2.3 設(shè)計(jì)錐式螺旋機(jī)構(gòu)以及可抬頭式的機(jī)構(gòu)解決平地和樓梯障礙之間的平穩(wěn)過(guò)渡 2.4 設(shè)計(jì)以螺桿作為機(jī)構(gòu)的螺旋輪部分來(lái)加強(qiáng)機(jī)構(gòu)的越障能力 3 創(chuàng)新點(diǎn) 3.1 原理上的創(chuàng)新 本項(xiàng)目將螺旋機(jī)構(gòu)運(yùn)用到爬梯上，以實(shí)現(xiàn)爬梯功能和平地與樓梯障礙間的平穩(wěn)過(guò)渡，在原理上屬于自主創(chuàng)新。 3.2 機(jī)構(gòu)上的創(chuàng)新 在機(jī)構(gòu)上分別采用滾動(dòng)式、滑動(dòng)式、螺桿式三種螺旋輪的機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)行走、爬梯、越障等功能，在機(jī)構(gòu)上屬于自主創(chuàng)新。 同時(shí)輪旋轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)也是具有自主原創(chuàng)性的機(jī)構(gòu)。 4 技術(shù)關(guān)鍵 4.1 旋向相反的兩個(gè)螺旋輪組成的雙螺旋機(jī)構(gòu)的構(gòu)建 4.2 輪式與螺旋式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的構(gòu)建 4.3 連續(xù)螺旋的加工設(shè)計(jì) 4.4 直流電機(jī)速度控制裝置的設(shè)計(jì) 5 主要技術(shù)指標(biāo) 5.1 可以平地內(nèi)全方位移動(dòng) 5.2 可以爬樓梯 5.3 可以越過(guò)坡度低于40°的障礙 5.4 可以實(shí)現(xiàn)平地和樓梯障礙間的平穩(wěn)過(guò)渡 5.5 可以在爛泥地等具有流變特性介質(zhì)的路況下行走
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 隨著社會(huì)的發(fā)展，目前存在的行走機(jī)構(gòu)主要有輪式、履帶式、腿式、蛇形式、復(fù)合式等，而以螺旋為特征的行走機(jī)構(gòu)則還很少在行走機(jī)構(gòu)領(lǐng)域得到運(yùn)用，本項(xiàng)目首次將螺旋運(yùn)用到行走機(jī)構(gòu)領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)爬梯功能和平地與樓梯障礙的平穩(wěn)過(guò)渡，設(shè)計(jì)出可輪旋轉(zhuǎn)換可抬頭的螺旋行走機(jī)構(gòu)，不僅能實(shí)現(xiàn)全方位行走以及越障爬梯，也能實(shí)現(xiàn)輪式和螺旋式的轉(zhuǎn)換。下面是本項(xiàng)目與相關(guān)行走機(jī)構(gòu)的對(duì)比： 1、專利文獻(xiàn)《一種復(fù)合驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)》中公開了一種復(fù)合驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，其主要是利用輪和螺旋的同步驅(qū)動(dòng)適應(yīng)多種具有流變特性介質(zhì)的特殊復(fù)雜環(huán)境，并兼顧普通路面的行走。但其未涉及爬梯功能，也未涉及實(shí)現(xiàn)平地與階梯障礙間的平穩(wěn)過(guò)渡。 2、專利文獻(xiàn)《管道檢測(cè)機(jī)器人實(shí)用技術(shù)研究》描述了用于給水管道檢測(cè)用的機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)和行走系統(tǒng)設(shè)計(jì),設(shè)想了多種方案,分析了其移動(dòng)原理,并選擇了其中螺旋行進(jìn)原理的機(jī)器人進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)涉及發(fā)明一種機(jī)器人，用螺旋原理來(lái)實(shí)現(xiàn)行進(jìn)功能，不同于查新委托項(xiàng)目的雙螺旋行進(jìn)機(jī)構(gòu)，未涉及實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、越障及爬梯的運(yùn)動(dòng)功能。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、2011年4月在“挑戰(zhàn)杯”XX省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽終審決賽中獲得省級(jí)特等獎(jiǎng)。 2、在教育部科技查新工作站（G13）中進(jìn)行國(guó)內(nèi)查新，查新鑒定為國(guó)內(nèi)未見有與本查新委托項(xiàng)目“可輪旋轉(zhuǎn)換可抬頭的螺旋行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”查新點(diǎn)內(nèi)容完全相同的文獻(xiàn)報(bào)道。 3、已申請(qǐng)實(shí)用新型專利，申請(qǐng)獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利受理。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 面議或合作
作品可展示的形式
- 實(shí)物、模型、圖紙、磁盤、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
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)
- 1 使用說(shuō)明 越障時(shí)請(qǐng)注意不要翻越超過(guò)60°的障礙，避免傾倒事故。 2 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 1采用旋向相反的兩個(gè)螺旋輪構(gòu)成雙螺旋機(jī)構(gòu)，以及輪式和螺旋式的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使得其能實(shí)現(xiàn)平地上的全方位移動(dòng)和輪旋變換，以及爬梯和越障的功能。 2采用錐式螺旋機(jī)構(gòu)和可抬頭機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平地與階梯障礙間的過(guò)渡行走。 3采用螺桿式螺旋輪機(jī)構(gòu)，使得機(jī)構(gòu)能在爛泥地等具有流變特性的介質(zhì)中正常行走。 3 作品適用范圍及推廣前景 可應(yīng)用于多功能機(jī)器人的行走、工業(yè)方面可用于物體搬運(yùn)的傳送機(jī)構(gòu)，同時(shí)可應(yīng)用于探險(xiǎn)救災(zāi)領(lǐng)域，也可應(yīng)用于社會(huì)生活方面如爬梯工具，高樓缺電的救災(zāi)運(yùn)輸、傷員救助等。 4 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 目前大多數(shù)大廈都沒(méi)有配備專門的用于停電應(yīng)急的可爬樓梯的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，本項(xiàng)目機(jī)構(gòu)具有良好的爬梯越障功能，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)平地與樓梯障礙間的平穩(wěn)過(guò)渡，可以有效的解決停電突發(fā)事故導(dǎo)致的運(yùn)輸系統(tǒng)癱瘓問(wèn)題。 對(duì)于大型百貨超市等物流運(yùn)輸頻繁的大廈，購(gòu)置幾臺(tái)這樣的機(jī)構(gòu)來(lái)避免停電等突發(fā)事故的發(fā)生帶來(lái)的損失，還是很應(yīng)該的。
同類課題研究水平概述
- 1 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué).一種復(fù)合驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu) 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)申請(qǐng)的一個(gè)發(fā)明專利公開了一種復(fù)合驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，屬于車輛行走系統(tǒng)；技術(shù)方案包括：由驅(qū)動(dòng)輪、圓柱齒輪、輪軸、圓柱齒輪、錐齒輪、齒輪軸、連桿組成輪式驅(qū)動(dòng)裝置，由錐齒輪和驅(qū)動(dòng)螺旋、螺旋軸組成螺旋驅(qū)動(dòng)裝置，兩組幾何參數(shù)、結(jié)構(gòu)完全相同的輪式驅(qū)動(dòng)裝置分別連結(jié)于驅(qū)動(dòng)螺旋裝置的兩端，主副驅(qū)動(dòng)關(guān)系通過(guò)調(diào)節(jié)連桿與車架之間的夾角α與α1實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)力通過(guò)齒輪軸輸入，形成雙驅(qū)動(dòng)輪和驅(qū)動(dòng)螺旋同時(shí)驅(qū)動(dòng)的復(fù)合驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，適應(yīng)多種具有流變特性介質(zhì)的環(huán)境或田間、森林等特殊復(fù)雜環(huán)境、并兼顧普通路面的行走，完成牽引與負(fù)重功能。 2 郭瑜.微小型螺旋推進(jìn)管道機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 該文針對(duì)管道內(nèi)徑為15mm的微小型管道檢測(cè)機(jī)器人研究,提出了基于螺旋推進(jìn)原理的微小型管道機(jī)器人的解決方案。設(shè)計(jì)了新型的螺旋頭和保持架結(jié)構(gòu),使此管道機(jī)器人的牽引力達(dá)到8.512N,移動(dòng)速度大于10mm/s,滿足了管道機(jī)器人的“微小化”和“大牽引力”的要求。 本文介紹了螺旋推進(jìn)管道機(jī)器人的組成及工作原理,分析了其運(yùn)動(dòng)力學(xué)性能,應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS和有限元分析軟件ANSYS,建立了管道機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到機(jī)器人牽引力、驅(qū)動(dòng)力矩與機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪位置參數(shù)和尺寸參數(shù)之間的關(guān)系以及管道機(jī)器人輪子所受的正壓力對(duì)牽引力的影響,證明了理論分析的正確性,并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,使其綜合性能達(dá)到最優(yōu)。對(duì)機(jī)器人的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算,分析了其在彎管內(nèi)的幾何與運(yùn)動(dòng)約束條件和越障能力。最后對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了有限元強(qiáng)度分析和模態(tài)分析,得到最大等效應(yīng)力、最大變形和各階固有頻率,分別為機(jī)器人強(qiáng)度設(shè)計(jì)、機(jī)器人的末端位置精度補(bǔ)償和機(jī)器人調(diào)速系統(tǒng)避免共振提供了參考數(shù)據(jù)。
