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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 肢體運(yùn)動(dòng)模仿機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 這件作品為仿人類雙手手臂的類人機(jī)器人。該機(jī)器人的控制方式為，通過穿戴在人體表面的外骨骼控制器，將人類手臂的靈活運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到靈活控制機(jī)械臂的目的。 這種控制方式的特點(diǎn)是，能夠用最便捷的方法簡(jiǎn)單方便的完成對(duì)機(jī)械臂的控制。對(duì)于控制多臂大型機(jī)械有著它獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。
- 詳細(xì)介紹：
- 該作品的主要特點(diǎn)為控制方式的創(chuàng)新，相信大家看到它的第一眼，就會(huì)聯(lián)想到前不久上映的科幻電影《阿凡達(dá)》。因?yàn)?，這件作品和電影中的機(jī)器人的控制方式如出一轍。我們制作了能夠穿戴在人們身上的外骨骼控制器，控制器的整體就如一個(gè)人體上身的骨骼一樣。在控制器的關(guān)節(jié)上安裝有角度傳感器，通過對(duì)外骨骼的關(guān)節(jié)處角度的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過單片機(jī)的處理后，給伺服電機(jī)相應(yīng)的信號(hào)，從而完成對(duì)機(jī)械臂的控制。 這種控制方式雖然比較簡(jiǎn)單。但是，對(duì)復(fù)雜的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的控制有著它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在，大多數(shù)的機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制方式為程序的直接控制，程序過于復(fù)雜且較容易出錯(cuò)，一個(gè)精密械臂的控制往往需要配備多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。采用類似這種主從機(jī)器人的控制方式使電路更加簡(jiǎn)單，從而整套設(shè)備的維護(hù)成本也大大降低。對(duì)環(huán)境的的要求也大大降低，滿足了工程機(jī)械的一般工作環(huán)境。
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)
- 現(xiàn)在社會(huì)飛速發(fā)展，而一些大型工程的建設(shè)速度往往可以影響一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度（比如我國(guó)的三峽大壩）。而這些大型工程的建設(shè)必然離不開大型機(jī)械的參與，其中就有我們所關(guān)注挖掘機(jī)。 目前挖掘機(jī)的控制還是由人來操縱搖桿進(jìn)行挖掘動(dòng)作的完成，這不僅需要操縱人員擁有良好的技術(shù)，還要有精密的配合。這就使得這類機(jī)器的工作效率大打折扣，因此也就出現(xiàn)了一個(gè)挖掘機(jī)高級(jí)駕駛員難以尋找的現(xiàn)象，有些公司即使花重金也無法聘請(qǐng)到高級(jí)挖掘機(jī)駕駛員。 而我們這個(gè)作品的第一期目標(biāo)就是，簡(jiǎn)化這種復(fù)雜的操作。大家都知道人體本身就是一個(gè)構(gòu)造十分緊密，配合十分協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)體。無論多么靈巧的結(jié)構(gòu)都沒法與它媲美，我們?yōu)槭裁床贿\(yùn)用現(xiàn)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體去控制一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)體呢？因此我們的第一期目標(biāo)就是能夠利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)將人體手臂的運(yùn)動(dòng)同步于挖掘機(jī)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。 這個(gè)作品的第二期目標(biāo)，就是利用人體去控制一個(gè)人形機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人將會(huì)完全復(fù)制人體的各種運(yùn)動(dòng)，并且可以把機(jī)器人自身的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)的反饋給操作者，以便于及時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)器人的形態(tài)。這個(gè)項(xiàng)目主要是為了未來研制大型救援或工程人形機(jī)器人的控制問題做一些探索性的研究。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 利用主從機(jī)械臂的原理，將人體手臂的靈活運(yùn)動(dòng)反映到機(jī)械臂上，是原本十分笨拙遲鈍的機(jī)械臂能夠靈活的運(yùn)動(dòng)并完成相關(guān)活動(dòng)。肢體仿生系統(tǒng)的突出特點(diǎn)就在于它將人類對(duì)肢體控制的智能型與靈活性完美的反應(yīng)到了笨重的機(jī)械上，雖然人體的操作精度還沒有辦法和現(xiàn)在能精確到毫米級(jí)的工業(yè)機(jī)器人相比，但像應(yīng)用于工程的大型挖掘機(jī)、灌漿機(jī)等不需要毫米級(jí)的精確度。這類機(jī)械的工作效率往往又決定了整個(gè)工程的進(jìn)度，而肢體仿生系統(tǒng)的應(yīng)用就能夠極大的提高這類大型機(jī)械的工作效率進(jìn)而能夠迅速的完成工程。 如果此系統(tǒng)以后在大型機(jī)械上能夠應(yīng)用成功，必將引起新一輪大型工程機(jī)械的革新，原本需要多人協(xié)調(diào)才能完成操控的大型機(jī)械一個(gè)人就可以輕松完成，既提高效率，又能夠節(jié)省人力資源。此系統(tǒng)能在自動(dòng)化機(jī)器人日漸成熟的今天之所以能有其立足之地，就在于它巧妙的繞開了智能機(jī)器人開發(fā)的最為困難的一個(gè)部分——機(jī)器人自動(dòng)控制問題，沒有復(fù)雜的控制程序，沒有復(fù)雜的傳感系統(tǒng)，也不用高速計(jì)算機(jī)提供支持，只要是健康的人就可以自如的控制大型機(jī)械，就像是自己的手臂去工作
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 此作品獲得蘭州理工大學(xué)2010年科創(chuàng)資金的支持，通過項(xiàng)目組所有成員共同努力，最終完成了項(xiàng)目所預(yù)期的第一期目的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械臂的實(shí)時(shí)控制，在隨后接下來的時(shí)間繼續(xù)努力，現(xiàn)已完成第二期的目標(biāo)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)探究階段，已經(jīng)完成基礎(chǔ)模型的制作。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本項(xiàng)目正在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利過程中，若有生產(chǎn)廠商愿意投資生產(chǎn)，愿以技術(shù)入股的方式進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物展示。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 為大型機(jī)械的控制方法提出一種嶄新的模式。有利于提高此類機(jī)械的工作效率以便于適應(yīng)社會(huì)的快速發(fā)展，并有可能給人們的生活帶來許多便利。 如果能夠在挖掘機(jī)、灌漿機(jī)等大型工程機(jī)械上廣泛運(yùn)用這種技術(shù)并對(duì)其進(jìn)行改造，就可以顯著提高這些工程機(jī)械的工作效率，因此人體仿生系統(tǒng)具有很大的市場(chǎng)潛力。
同類課題研究水平概述
- 人們都知道，世界上最靈巧的機(jī)構(gòu)都是人類自身，因?yàn)槎嗝磸?fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)都是人類去創(chuàng)造的，肢體仿生系統(tǒng)，通俗的說法就是一個(gè)利用人體本身優(yōu)異的協(xié)調(diào)和靈活性去控制一些動(dòng)作復(fù)雜而且十分笨重不易操控的大型多關(guān)節(jié)工程機(jī)械或者機(jī)械臂，這樣既解決了控制的復(fù)雜性，又減小了由于操作失誤而引發(fā)事故的可能性！ 1980年美國(guó)中心研究實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)了13種型號(hào)的主從機(jī)械手 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 ，1995.12.26申請(qǐng)了“主從機(jī)械手通用型主手裝置”的專利。 斗山集團(tuán)的主從式挖掘機(jī)。其控制原理為：采用一種主從方式的控制形式，即通過手指、手腕、大臂分別對(duì)應(yīng)控制鏟斗、斗桿與動(dòng)臂;通過小臂的左右偏轉(zhuǎn)來控制挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)。在操作過程中，當(dāng)操作者(主控制方)的相應(yīng)關(guān)節(jié)動(dòng)作后，計(jì)算機(jī)采集到該信號(hào)，并與安裝在挖掘機(jī)(從控制方)上的角度傳感器的信號(hào)進(jìn)行比較。如果存在偏差，則發(fā)出遙控信號(hào)控制挖掘機(jī)消除偏差，從而達(dá)到控制挖掘機(jī)的目的。由于其原理是點(diǎn)到點(diǎn)控制，因此在同步性上存在誤差。 這是現(xiàn)在正在驗(yàn)證階段的應(yīng)用案例。
