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基本信息
- 項目名稱：
- 快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人是一種新型的水下機(jī)器人。它的設(shè)計顛覆了傳統(tǒng)的潛水艇依靠浮力和重力實現(xiàn)上浮下潛的方式。巧妙地將直升機(jī)的空氣動力學(xué)原理與潛水艇的驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，使?jié)撍C(jī)器人具備快速反應(yīng)的能力。
- 詳細(xì)介紹：
- 快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人將直升機(jī)的空氣動力學(xué)原理與潛水艇的驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，通過調(diào)節(jié)4個垂直方向的推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速，來控制機(jī)器人的上浮和下潛，以及機(jī)器人在水中的姿勢。并利用角度傳感器以實現(xiàn)平衡控制的目的。 （1）動力結(jié)構(gòu)，用4個潛水電機(jī)作為垂直推進(jìn)器和平衡器，通過調(diào)節(jié)垂直推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，來控制機(jī)器人的上浮和下潛，以及機(jī)器人在水中的姿勢；兩個潛水電機(jī)作為前進(jìn)和轉(zhuǎn)向推進(jìn)器，以上6個潛水電機(jī)共同完成流體動力結(jié)構(gòu)的設(shè)計。兩個潛水電機(jī)作為陸地行走驅(qū)動器，實現(xiàn)機(jī)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(shù)，實現(xiàn)對機(jī)器人的自主控制。 （3）上位機(jī)，實現(xiàn)PC機(jī)對快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。 以上綜合完成整個作品的設(shè)計。
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、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的 （1）快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人主要作為新型的水下環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用于水下環(huán)境的監(jiān)測、調(diào)查、探測、拍攝等領(lǐng)域。 （2）該作品是集流體動力學(xué)、智能控制與平衡技術(shù)和機(jī)器人制造技術(shù)為一體的高科技項目。巧妙地將直升機(jī)的空氣動力學(xué)原理與潛水艇的驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，使機(jī)器人在水下能夠快速反應(yīng)。 基本思路 快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人通過調(diào)節(jié)4個垂直方向的推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速，來控制機(jī)器人的上浮和下潛，以及機(jī)器人在水中的姿勢。并配合平衡控制傳感器達(dá)到四軸平衡。 （1）用4個潛水電機(jī)作為垂直推進(jìn)器，兩個潛水電機(jī)作為前進(jìn)和轉(zhuǎn)向推進(jìn)器，共6個潛水電機(jī)共同完成流體動力結(jié)構(gòu)的設(shè)計；用兩個潛水電機(jī)作為陸地行走驅(qū)動器，實現(xiàn)機(jī)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(shù)，實現(xiàn)對機(jī)器人的自主控制。 （3）設(shè)計VB上位機(jī)界面，實現(xiàn)PC機(jī)對快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人的有纜或無纜遠(yuǎn)程控制。 創(chuàng)新點 快速反應(yīng)潛水艇機(jī)器人巧妙地將直升機(jī)的空氣動力學(xué)原理與潛水艇的驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，使?jié)撍C(jī)器人具備快速反應(yīng)的能力。 技術(shù)關(guān)鍵 流體動力學(xué)方面，需要多個潛水電機(jī)產(chǎn)生巨大推力共同完成； 平衡控制方面，潛水艇機(jī)器人需要采用三維平衡控制技術(shù)，而且需要快速反應(yīng)； 智能控制技術(shù)，采用ARM7智能控制，技術(shù)比較成熟； 攝像技術(shù)，數(shù)據(jù)處理量比較大，采用無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送主控計算機(jī)。 主要技術(shù)指標(biāo) 系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行并且快速反應(yīng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 潛水艇機(jī)器人與傳統(tǒng)式潛水艇采用完全不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制技術(shù)，具有創(chuàng)新性。該潛水艇機(jī)器人在多個潛水電機(jī)的推力作用下可完成上浮下潛前進(jìn)等動作，反應(yīng)速度快。
獲獎情況及鑒定結(jié)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(rèn)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(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- （1）實物、產(chǎn)品 （2）現(xiàn)場演示 （3）圖片 （4）錄像 （5）樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(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
- 該作品是集流體動力學(xué)、智能控制與平衡技術(shù)和機(jī)器人制造技術(shù)為一體的高科技項目。它巧妙地將直升機(jī)的空氣動力學(xué)原理與潛水艇的驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，能夠快速反應(yīng)。在水下環(huán)境的監(jiān)測、調(diào)查、探測、拍攝等領(lǐng)域，以及水下機(jī)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(nèi)外的新型水下機(jī)器人如雨后春筍。其中，動力結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新主要有水下滑翔機(jī)器人和泳動型水下機(jī)器人兩種。 1、水下滑翔機(jī)器人 水下滑翔機(jī)器人是一種新型的水下機(jī)器人。水下滑翔機(jī)器人沒有外部驅(qū)動裝置，而是依靠自身的浮力驅(qū)動，沿鋸齒型航跡航行。通過浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整載體的排水量，使水下滑翔機(jī)器人交替出現(xiàn)正浮力與負(fù)浮力狀態(tài)；依靠內(nèi)部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變載體的質(zhì)量分布，以改變機(jī)器人的運(yùn)動姿勢。 2、泳動型水下機(jī)器人（Swimming Robot） 這種機(jī)器人大致可以分為兩類：微型泳動機(jī)器人和仿生機(jī)器人。 其中，微型泳動機(jī)器人在工業(yè)、航天和醫(yī)療等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。1994年日本科學(xué)家Fukuda等人研制出了一種以壓電體為致動器的雙鰭型微機(jī)器人。這種機(jī)器人的推動力來自共振效應(yīng)，機(jī)器人通過雙鰭的運(yùn)動在水中產(chǎn)生前后泳動。 2002年廣東工業(yè)大學(xué)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(yùn)動的魚形微機(jī)器人。這種魚形微機(jī)器人具有柔韌性好、低電壓驅(qū)動、響應(yīng)性能良好等特點，在工業(yè)、醫(yī)療領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。 而仿生機(jī)器人是應(yīng)用仿生學(xué)原理，模擬生物的身體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式來設(shè)計的水下泳動型機(jī)器人。1994年美國麻省理工學(xué)院成功研制了世界上第一條真正意義上的機(jī)械魚——仿生金槍魚。 在國內(nèi)，哈爾濱工程大學(xué)的仿生水下機(jī)器人“仿生-1”號，其外形和游動方式仿制藍(lán)鰭金槍魚，機(jī)器人采用月牙形尾鰭，通過尾鰭的擺動提供前進(jìn)的動力和轉(zhuǎn)動的力矩，胸鰭則控制機(jī)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(diào)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(guān)節(jié)的仿生機(jī)器魚模型。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所根據(jù)“波動推進(jìn)理論”研制了一條仿生機(jī)器鰻魚及仿生機(jī)器海豚。2004年12月，北航機(jī)器人研究所和中國科學(xué)院自動化研究所又成功地研制出“SPC-II”型仿生機(jī)器魚，機(jī)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。“SPC-II”型仿生機(jī)器魚長1.23m，總重4kg,最大下潛深度為5m，最高航速可達(dá)1.5m/s,能夠在水下連續(xù)工作2~3小時。這條機(jī)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(jìn)行水下探測。
