基本信息
- 項目名稱：
- 快速反應潛水艇機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 快速反應潛水艇機器人是一種新型的水下機器人。它的設計顛覆了傳統(tǒng)的潛水艇依靠浮力和重力實現上浮下潛的方式。巧妙地將直升機的空氣動力學原理與潛水艇的驅動系統(tǒng)相結合，使?jié)撍C器人具備快速反應的能力。
- 詳細介紹：
- 快速反應潛水艇機器人將直升機的空氣動力學原理與潛水艇的驅動系統(tǒng)相結合，通過調節(jié)4個垂直方向的推進器的轉速，來控制機器人的上浮和下潛，以及機器人在水中的姿勢。并利用角度傳感器以實現平衡控制的目的。 （1）動力結構，用4個潛水電機作為垂直推進器和平衡器，通過調節(jié)垂直推進器的轉速及轉向，來控制機器人的上浮和下潛，以及機器人在水中的姿勢；兩個潛水電機作為前進和轉向推進器，以上6個潛水電機共同完成流體動力結構的設計。兩個潛水電機作為陸地行走驅動器，實現機器人兩棲作業(yè)的功能。 （2）控制系統(tǒng)，采用ADuC7026作為智能控制主控CPU，采用角度傳感器作為平衡控制傳感器，并輔助攝像和超聲波等技術，實現對機器人的自主控制。 （3）上位機，實現PC機對快速反應潛水艇機器人的遠程控制。 以上綜合完成整個作品的設計。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的 （1）快速反應潛水艇機器人主要作為新型的水下環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)，應用于水下環(huán)境的監(jiān)測、調查、探測、拍攝等領域。 （2）該作品是集流體動力學、智能控制與平衡技術和機器人制造技術為一體的高科技項目。巧妙地將直升機的空氣動力學原理與潛水艇的驅動系統(tǒng)相結合，使機器人在水下能夠快速反應。 基本思路 快速反應潛水艇機器人通過調節(jié)4個垂直方向的推進器的轉速，來控制機器人的上浮和下潛，以及機器人在水中的姿勢。并配合平衡控制傳感器達到四軸平衡。 （1）用4個潛水電機作為垂直推進器，兩個潛水電機作為前進和轉向推進器，共6個潛水電機共同完成流體動力結構的設計；用兩個潛水電機作為陸地行走驅動器，實現機器人兩棲作業(yè)的功能。 （2）采用ADuC7026作為智能控制主控CPU，采用陀螺定位作為平衡控制傳感器，并輔助攝像和超聲波等技術，實現對機器人的自主控制。 （3）設計VB上位機界面，實現PC機對快速反應潛水艇機器人的有纜或無纜遠程控制。 創(chuàng)新點 快速反應潛水艇機器人巧妙地將直升機的空氣動力學原理與潛水艇的驅動系統(tǒng)相結合，使?jié)撍C器人具備快速反應的能力。 技術關鍵 流體動力學方面，需要多個潛水電機產生巨大推力共同完成； 平衡控制方面，潛水艇機器人需要采用三維平衡控制技術，而且需要快速反應； 智能控制技術，采用ARM7智能控制，技術比較成熟； 攝像技術，數據處理量比較大，采用無線傳輸技術將數據傳送主控計算機。 主要技術指標 系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行并且快速反應。
科學性、先進性
- 潛水艇機器人與傳統(tǒng)式潛水艇采用完全不同的結構設計和控制技術，具有創(chuàng)新性。該潛水艇機器人在多個潛水電機的推力作用下可完成上浮下潛前進等動作，反應速度快。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年4月14日本作品獲得我?！疤魬?zhàn)杯”組委會專家委員的一致認可，并獲得代表我校參加省“挑戰(zhàn)杯”決賽的資格。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- （1）實物、產品 （2）現場演示 （3）圖片 （4）錄像 （5）樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 該作品是集流體動力學、智能控制與平衡技術和機器人制造技術為一體的高科技項目。它巧妙地將直升機的空氣動力學原理與潛水艇的驅動系統(tǒng)相結合，能夠快速反應。在水下環(huán)境的監(jiān)測、調查、探測、拍攝等領域，以及水下機器人競賽的項目中具有較好的推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 近年來，國內外的新型水下機器人如雨后春筍。其中，動力結構的創(chuàng)新主要有水下滑翔機器人和泳動型水下機器人兩種。 1、水下滑翔機器人 水下滑翔機器人是一種新型的水下機器人。水下滑翔機器人沒有外部驅動裝置，而是依靠自身的浮力驅動，沿鋸齒型航跡航行。通過浮力調節(jié)系統(tǒng)來調整載體的排水量，使水下滑翔機器人交替出現正浮力與負浮力狀態(tài)；依靠內部的執(zhí)行機構改變載體的質量分布，以改變機器人的運動姿勢。 2、泳動型水下機器人（Swimming Robot） 這種機器人大致可以分為兩類：微型泳動機器人和仿生機器人。 其中，微型泳動機器人在工業(yè)、航天和醫(yī)療等領域都具有廣闊的應用前景。1994年日本科學家Fukuda等人研制出了一種以壓電體為致動器的雙鰭型微機器人。這種機器人的推動力來自共振效應，機器人通過雙鰭的運動在水中產生前后泳動。 2002年廣東工業(yè)大學自動化研究所研制了一種能夠在水中或者粘性流動體中運動的魚形微機器人。這種魚形微機器人具有柔韌性好、低電壓驅動、響應性能良好等特點，在工業(yè)、醫(yī)療領域具有廣闊應用前景。 而仿生機器人是應用仿生學原理，模擬生物的身體結構和運動形式來設計的水下泳動型機器人。1994年美國麻省理工學院成功研制了世界上第一條真正意義上的機械魚——仿生金槍魚。 在國內，哈爾濱工程大學的仿生水下機器人“仿生-1”號，其外形和游動方式仿制藍鰭金槍魚，機器人采用月牙形尾鰭，通過尾鰭的擺動提供前進的動力和轉動的力矩，胸鰭則控制機器人的泳動深度?！胺律?1”號在水池試驗中的最大擺動頻率為1.3Hz,通過調整尾鰭的擺動，“仿生-1”號具有縱向速度和艏向控制能力。中科院沈陽自動化研究所制作了兩關節(jié)的仿生機器魚模型。北京航空航天大學機器人研究所根據“波動推進理論”研制了一條仿生機器鰻魚及仿生機器海豚。2004年12月，北航機器人研究所和中國科學院自動化研究所又成功地研制出“SPC-II”型仿生機器魚，機器魚的殼體仿照鯊魚的外形，主要制造材料為玻璃鋼和纖維板?！癝PC-II”型仿生機器魚長1.23m，總重4kg,最大下潛深度為5m，最高航速可達1.5m/s,能夠在水下連續(xù)工作2~3小時。這條機器人曾出色地輔助考古專家對福建鄭成功古戰(zhàn)艦遺址進行水下探測。
