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基本信息
- 項目名稱：
- 仿生行走機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本文通過對自然界動物行走步態(tài)的研究，探索一種適合多足機(jī)器人行走的步態(tài)規(guī)劃方案，并實際制作成功一個機(jī)器人樣本。
- 詳細(xì)介紹：
- 本文通過對自然界動物行走步態(tài)的研究，探索一種適合多足機(jī)器人行走的步態(tài)規(guī)劃方案，并實際制作成功一個機(jī)器人樣本。其樣本機(jī)器人具有如下功能：模仿四足動物的行走方式，達(dá)到行走流暢、控制迅速；機(jī)器人通過機(jī)載電池供電，使其運(yùn)動獨(dú)立，不受限制；機(jī)器人具有前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等基本行動功能； 機(jī)器人攜帶無線裝置，可以用筆記本電腦對機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過遠(yuǎn)程控制電腦上的控制軟件，操作者可以通過在控制軟件的界面上點(diǎn)擊按鈕、滑動控件等方式對機(jī)器人進(jìn)行控制，所有的控制命令都通過USB轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為無線電信號發(fā)送到機(jī)器人接收器上，進(jìn)而完成指定動作。通過對貓科動物較為細(xì)致的仿生學(xué)研究，我們提出了一種合理的步態(tài)規(guī)劃方案，經(jīng)過實際測試，效果較好。另外本機(jī)器人的編程語言采用一種自主設(shè)計的計算機(jī)語言（uC），這種語言仿照C語言的語法格式，并對C語言中容易引起潛在錯誤的地方進(jìn)行了改動，如增加循環(huán)移位、設(shè)置合理的運(yùn)算優(yōu)先級等。我們使用C#自主設(shè)計了一個編譯器對這種語言進(jìn)行編譯開發(fā)，取得了較好的效果。
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(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本設(shè)計根據(jù)仿生學(xué)的相關(guān)研究,探索出四足動物的行走規(guī)律,再基于RISC高速處理器控制機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動，驅(qū)動四足機(jī)器人進(jìn)行類似真實動物的行走效果. 以往的傳統(tǒng)行走機(jī)器人只能進(jìn)行機(jī)械的運(yùn)動,本設(shè)計的創(chuàng)新在于機(jī)器人的智能控制,在機(jī)器人腳部、關(guān)節(jié)等裝有角度傳感器、壓力傳感器，通過軟件控制使機(jī)器人能自動在復(fù)雜的地形中維持平衡和行走等。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品在設(shè)計中突破了以往機(jī)器人只能機(jī)械運(yùn)動，而沒有智能感知這一技術(shù)瓶頸。通過分布在機(jī)器人各個關(guān)節(jié)、足部的大量傳感器，使機(jī)器人能實時獲取周圍環(huán)境的相關(guān)信息，并及時做出反應(yīng)，在復(fù)雜地形中也可以平穩(wěn)行走。這個技術(shù)特點(diǎn)使它可以在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、現(xiàn)場搜救、探險等眾多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。 本作品中的軟件控制部分為模塊化、通用化設(shè)計，這樣只需改動很少代碼，就能使機(jī)器人應(yīng)用于其他領(lǐng)域，大大增強(qiáng)了它的通用性，減少了系統(tǒng)開發(fā)成本，具有較大的市場推廣價值。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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(jì)效益預(yù)測
- 此作品在長途運(yùn)輸、機(jī)器人救災(zāi)等不適合人類行走的地方具有較好的適應(yīng)性，能顯著減少人力成本。
同類課題研究水平概述
- 行走機(jī)器人出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，其應(yīng)用領(lǐng)域大致可以分為兩類。第一類源自工業(yè)機(jī)器人界，在這里所有活動都按固定的程序進(jìn)行，其主要局限性在于成本太高、能耗過大且靈活度不夠高?，F(xiàn)在的機(jī)器人已經(jīng)克服了這一缺點(diǎn)，其中代表機(jī)器人最先進(jìn)水平的行走機(jī)器人研究在日本和美國等發(fā)達(dá)國家開展地較早，到現(xiàn)在已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)化。例如美國波士頓公司的“大狗”機(jī)器人，身長1米，擁有四條高度靈活的通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動的機(jī)械腿，能在很復(fù)雜的地形中自如地行走，目前這種機(jī)器人已經(jīng)產(chǎn)品化，甚至被派到伊拉克戰(zhàn)場執(zhí)行特殊任務(wù)。 在雙足行走機(jī)器人領(lǐng)域，日本也達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。由日本本田公司研制的仿人機(jī)器人ASIMO，是目前最先進(jìn)的仿人行走機(jī)器人。ASIMO身高1.3米，體重54公斤。它的行走速度是0-6km/h。早期的機(jī)器人如果直線行走時突然轉(zhuǎn)向，必須先停下來，看起來比較笨拙。而ASIMO就靈活得多，它可以實時預(yù)測下一個動作并提前改變重心，因此可以行走自如，進(jìn)行諸如“8”字形行走、下臺階、彎腰等各項“復(fù)雜”動作。此外，ASIMO還可以握手、揮手，甚至可以隨著音樂翩翩起舞。 我國四足移動機(jī)器人的研究從80年代開始，也取得了一系列的成果，積累了一定的研究經(jīng)驗，研制成功一批四足機(jī)器人樣機(jī)。 吉林工業(yè)大學(xué)從2O世紀(jì)7O年代開始，由陳秉聰教授和莊繼德教授分別帶領(lǐng)的兩個研究小組，開始進(jìn)行非常規(guī)行走機(jī)構(gòu)的研究。1985年，陸懷民博士研制出一臺具有兩條平行四邊形腿的步行機(jī)耕船試驗臺車，在土槽試驗中表現(xiàn)出較高的牽引效率，主要用于無硬底層的水田耕作。 1991年，上海交通大學(xué)馬培蓀等研制出JTUWM 系列四足步行機(jī)器人。JTUMM—III，以馬為仿生對象，每條腿有3個自由度，由直流伺服電機(jī)分別驅(qū)動各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動。該機(jī)器人采用兩級分布式控制系統(tǒng)，腳底裝有PVDF測力傳感器，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊算法相結(jié)合，采用力和位置混合控制，實現(xiàn)了四足步行機(jī)器人JTUMM—III的慢速動態(tài)行走，極限步速為1.7 km／h 。為了提高步行速度，將彈性步行機(jī)構(gòu)應(yīng)用于該四足步行機(jī)器人，產(chǎn)生緩沖和儲能效果。 另外，1989年，北京航空航天大學(xué)在張啟先教授的指導(dǎo)下 ，孫漢旭博士進(jìn)行了剛性足步行機(jī)的研究，試制成功了一臺四足步行機(jī)，并進(jìn)行了步行實驗。
