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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 分布式仿生救援機(jī)器蝎的研究與設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 分布式仿生救援機(jī)器蝎是為災(zāi)難救援而研制的，它的任務(wù)是在大地震后的地下廢墟中參與救援并尋找幸存者。它是由主機(jī)器人與分布式探測(cè)機(jī)械蛋組成，其中主機(jī)器人配備了彩色攝像機(jī)、電子羅盤、測(cè)距定位系統(tǒng)和通訊等系統(tǒng)，而機(jī)械蛋的參與可以提高搜索和探測(cè)范圍，并構(gòu)建起一個(gè)分布式無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)，將分布各處的機(jī)械蛋探測(cè)結(jié)果通過自組網(wǎng)發(fā)至主機(jī)器人或遠(yuǎn)處的救援人員，以提高救援效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 發(fā)生地震和煤礦安全事故時(shí)，由于事故現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜，使救援人員不能很好的開展救援活動(dòng)。所以有必要設(shè)計(jì)一種救援機(jī)器人在大地震后的地下廢墟中參與救援并尋找幸存者。 本機(jī)器人由主機(jī)器人與分布式探測(cè)機(jī)械蛋構(gòu)成，其中主機(jī)器人配備了彩色攝像機(jī)、電子羅盤、測(cè)距定位系統(tǒng)和通訊等系統(tǒng)，而分布式探測(cè)機(jī)械蛋則有一些必要的傳感設(shè)備和無(wú)線射頻模塊組成。機(jī)械蛋的參與可以提高機(jī)器人的搜索探測(cè)范圍，并在救援現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建起一個(gè)分布式無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)探測(cè)機(jī)械蛋將分布各處的探測(cè)結(jié)果通過自組網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)至主機(jī)器人或遠(yuǎn)處的救援人員，以提高救援效率。 一、主體機(jī)器人的設(shè)計(jì)： 1、機(jī)械部分 底盤的設(shè)計(jì)： 為適應(yīng)在不同的地形環(huán)境，我們采用履帶式機(jī)器人底盤。設(shè)計(jì)中采用了機(jī)械臂輔助行走的方案設(shè)計(jì)使得機(jī)器人的行走方案得以簡(jiǎn)化的同時(shí)不減其越障能力。 機(jī)械臂的設(shè)計(jì)： 機(jī)械臂的設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)，不僅可以用來(lái)拿握物品，更有輔助履帶行走的功能，當(dāng)機(jī)器人遇到難以通過的障礙物的時(shí)候，此時(shí)機(jī)械臂將發(fā)揮強(qiáng)大的作用。機(jī)械臂采用推桿電機(jī)，每個(gè)推桿電機(jī)的推力都在300kg以上，這就很好的解決了它的輔助行走動(dòng)力問題。機(jī)器人的手臂主要完成以下幾個(gè)功能：抓舉物體，伸展等。采用二自由度，同時(shí)結(jié)合車體的移動(dòng)可以完成較大范圍的探測(cè)。通過控制推桿電機(jī)的伸展和收縮實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。 機(jī)器蝎動(dòng)作控制： 機(jī)器蝎的控制主要包括行進(jìn)控制、機(jī)械臂控制和變形控制等方面。機(jī)器蝎需要控制在一個(gè)合適的速度行駛，在救援的過程中既要以較快的速度找到救援地點(diǎn)，又要防止因?yàn)榕鲎捕绊懟驗(yàn)?zāi)難地惡略的環(huán)境。小車的速度是由兩只24V 240W的直流電機(jī)控制。為了能夠驅(qū)動(dòng)如此大功率的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)我們選用了FSBB20CH60的高性能功率模塊。 主控電機(jī)驅(qū)動(dòng)： 智能功率模塊是電力集成電路的一種，集功率器件( IGBT)、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)功能于一體,內(nèi)部含有門極驅(qū)動(dòng)控制、故障檢測(cè)和多種保護(hù)電路，其核心器件是IGBT。智能功率模塊與以往IGBT模塊及驅(qū)動(dòng)電路的組件相比具有許多優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路、過電流保護(hù)(OC)、短路保護(hù)(SC)、驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)(UV)、過熱保護(hù)和故障輸出(FO)等。因此作為次分布式仿生救援機(jī)器蝎的主控電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其有著相當(dāng)高的可靠性。 2.數(shù)據(jù)采集 圖像采集子系統(tǒng)：用于操作人員觀察機(jī)器人自身狀態(tài)和環(huán)境情況,并且要求能夠按照操作人員需要,搜尋目標(biāo)并識(shí)別。因此需要安裝云臺(tái)攝像機(jī)搜尋和識(shí)別救援目標(biāo),安裝幾個(gè)小攝像頭觀察自身狀態(tài)。 環(huán)境信息采集子系統(tǒng)：采集周圍環(huán)境信息,用于對(duì)比賽環(huán)境進(jìn)行地圖繪制和機(jī)器人自身定位。對(duì)比一些測(cè)量手段,超聲波測(cè)距及電子羅盤具有數(shù)據(jù)獲取速度快,實(shí)時(shí)性強(qiáng)數(shù)據(jù)量大,精度較高主動(dòng)性強(qiáng),能全天候工作全數(shù)字特征,信息傳輸、加工、表達(dá)容易等等優(yōu)勢(shì)。因此選用超聲波及電子羅盤構(gòu)建環(huán)境地圖。 3.網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，控制臺(tái)計(jì)算機(jī)和機(jī)器人上的凌動(dòng)N270平臺(tái)各安裝有一塊TL-WN322G+ 54M無(wú)線USB網(wǎng)卡。他們之間通過TP-LINK公司生產(chǎn)的TL-WR741N150M無(wú)線寬帶路由器組成無(wú)線局域網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)采用IEEE 802.11g協(xié)議，傳輸距離室內(nèi)最遠(yuǎn)100米；室外最遠(yuǎn)300米。把無(wú)線路由器置于操控臺(tái)和機(jī)器人之間的高處,使無(wú)線路由器和兩塊無(wú)線網(wǎng)卡之間的障礙物盡可能少,充分的利用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域,并且盡量減小了無(wú)線信號(hào)的衰減,使傳感器信息和控制信號(hào)能夠傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。 二、分布式機(jī)械蛋的設(shè)計(jì)： 微型機(jī)械蛋的設(shè)計(jì)目的微型機(jī)械蛋體積小重量輕，活動(dòng)靈活。 1、主控模塊：完成探測(cè)，信息采集分析，RSSI定位定向。 2、微型機(jī)械蛋：采用蛋形結(jié)構(gòu)，體積小方便進(jìn)入復(fù)雜地形，可以發(fā)出光芒可使人看到！ 生命信號(hào)探測(cè)模塊：人聲識(shí)別結(jié)合熱釋紅外傳感器搜尋幸存者。 3、自主導(dǎo)航模塊：電子羅盤結(jié)合超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)微型機(jī)械但在復(fù)雜地形的自主導(dǎo)航。 定位模塊：利用RSSI定位算法實(shí)現(xiàn)微型機(jī)。 械蛋的實(shí)時(shí)定位，并通過無(wú)線網(wǎng)傳輸給主控模塊。 4、自組網(wǎng)：實(shí)現(xiàn)當(dāng)微型機(jī)械蛋與主控模塊距離過遠(yuǎn)時(shí)采用自組網(wǎng)的形式傳回當(dāng)前數(shù)據(jù)。
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)
- 救援機(jī)器蝎設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 近年來(lái)隨著接連不斷的局部戰(zhàn)爭(zhēng)的爆發(fā)和恐怖事件的發(fā)生，因救援及排險(xiǎn)而造成的二次傷害已成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)問題，采用機(jī)器人參與這些工作可明顯降低人員的再傷害。 基本思路： 根據(jù)機(jī)器人設(shè)計(jì)及應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先機(jī)器人必須進(jìn)入救援現(xiàn)場(chǎng)才能實(shí)施救援，而救援現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜，采用機(jī)械臂輔助履帶式行走方案可以較好的保持其越野能力，同時(shí)為了進(jìn)一步增強(qiáng)探測(cè)范圍，采用分布式機(jī)械蛋，進(jìn)行分布探測(cè)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 首先設(shè)計(jì)采用機(jī)械臂輔助行走，大大提高了機(jī)器蝎的環(huán)境適應(yīng)力，使其在保持較強(qiáng)越野能力的同時(shí)簡(jiǎn)化行走方案。其次分布式機(jī)械蛋的參與可以提高機(jī)器人的搜索探測(cè)范圍，并在救援現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建起一個(gè)分布式無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)，將分布各處的機(jī)械蛋探測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)處的救援人員，大大提高了救援效率。 關(guān)鍵技術(shù)： 1、機(jī)器人主題的設(shè)計(jì) 2、分布式系統(tǒng)的應(yīng)用 3、傳感設(shè)備的綜合應(yīng)用
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品通過對(duì)相關(guān)圖表數(shù)據(jù)的分析、論文的參考以及相關(guān)報(bào)道的了解，采用合理的力學(xué)分析，建立了分布式仿生救援機(jī)器蝎的系統(tǒng)模型。設(shè)計(jì)思路清晰，功能合理， 通過對(duì)相關(guān)資料及報(bào)道的了解，一些發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)器人的研究一直處在世界的前沿，我國(guó)發(fā)展還處在功能性的可實(shí)現(xiàn)研究階段，機(jī)器人用于救援也是最近幾年才發(fā)展起來(lái)的研究方向。本作品結(jié)合機(jī)器人與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并結(jié)合應(yīng)用于災(zāi)后救援，具有一定先進(jìn)性
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品曾在2010年中國(guó)機(jī)器人大賽（7月18—20日，鄂爾多斯）公開賽救援小組中斬獲佳績(jī)，榮獲季軍。
作品所處階段
- 作品主體已基本完成，各個(gè)模塊也調(diào)試成功，即將進(jìn)入最后的整體的組裝及調(diào)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 1：論文展示 2：視頻展示 3：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物展示
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)
- 分布式仿生救援機(jī)器蝎是為災(zāi)難救援而研制，使用在地震的災(zāi)后救援，危險(xiǎn)物品的排除及危險(xiǎn)環(huán)境的探查領(lǐng)域。 機(jī)器人配備了彩色攝像機(jī)、電子羅盤、測(cè)距定位系統(tǒng)和通訊等系統(tǒng)，并可由機(jī)械蛋在現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建起一個(gè)分布式無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)，將機(jī)器人及分布各處的機(jī)械蛋探測(cè)結(jié)果通過自組網(wǎng)發(fā)至主機(jī)器人或遠(yuǎn)處的救援人員，救援效率高。 隨著近年來(lái)接連不斷的局部戰(zhàn)爭(zhēng)的爆發(fā)和恐怖事件的發(fā)生，由機(jī)器人參與的救援機(jī)排險(xiǎn)工作因其可明顯降低工作中人員的再傷害必將成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)問題并具有廣泛的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)外尤其是美國(guó)一些發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)器人的研究一直處在世界的前沿，國(guó)內(nèi)發(fā)展較落后，機(jī)器人的設(shè)計(jì)還處在功能性的可實(shí)現(xiàn)研究階段，機(jī)器人用于救援也是最近幾年才發(fā)展起來(lái)的研究方向，而結(jié)合機(jī)器人與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并應(yīng)用于災(zāi)后救援的尚未見報(bào)道。
