基本信息
- 项目名称：
- 六足抢险救灾智能机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是模拟多足爬行动物的一种仿生机器人。针对火灾、核辐射和矿难等极端环境的探测而研制。躯体结构分为三部分，各部分之间采用双联轴结构，具有一定的越障能力。检测部分采用模块化配置，根据需要进行搭配，可实现温度、湿度、有害气体浓度、图像信息、位置坐标等数据的采集。数据传送采用RF传输方式，摆脱了有线方式对运动范围的限制。本作品具有自动避障的功能，同时也可人工遥控。安装了GPS模块提高了运动的精确性。
- 详细介绍：
- 六足抢险救灾智能机器人 摘要：多足机器人是当前研究的热点，六足机器人主要用于矿灾、震灾后极端环境下的探测搜救。它可通过狭小空间，通过人机交互控制实现复杂地矿地貌环境下的时空信息获取，探测生命迹象，争取救援时间，提高援救效率。 关键词：矿灾火灾 信息探测 RF传输 多足机器人 仿生学 作品介绍： 六足抢险救灾智能机器人是模拟多足爬行动物运动的一种仿生机器人。针对救灾、国防、科研和日常生活中各类信息采集任务而研制。躯体结构分为三部分，各部分之间采用双联轴结构，具有一定的越障能力。检测部分采用模块化配置，根据不同的任务需要进行搭配，可实现温度、湿度、有害气体浓度、图像信息、位置坐标等数据的采集。数据传送采用RF传输方式，摆脱了有线方式对运动范围的限制。六脚抢险救灾智能机器人具有自动避障的功能，同时也可人工遥控。安装了GPS模块提高了运动的精确性。 一.研究背景 在核危机中，许多现场工作人员受到辐射；在科研中，工作人员难以进入狭小的空间给某些方面的信息采集和研究带来了不便；在军事上，侦察兵进入敌区探测敌情有很大的生命危险；在恐怖事件中，随时爆炸的炸弹给排爆人员造成了极大的心理压力。针对上述难题，本小组投入了对六足抢险救灾智能机器人的研究制做，是模拟多交爬行动物的运动形态开发设计的一种仿生机器人，经过不断改进，已经试制了两代原理样机。 二.目的及意义 六足抢险救灾智能机器人针对灾难现场救援检测，科研数据采集，战场侦察，公共场所安检排爆等领域而设计研制。通过多种信息采集模块组合搭配，以完成不同的任务需求。六足抢险救灾智能机器人所采集到的数据信息通过RF无线发回控制终端和上位机，为各种任务的决策者提供实时现场信息，从而辅助决策。 三.独特的结构设计 在分析了多足爬行动物的前进、转弯、后退、观望等多种运动形态的基础上，设计出了机器人的关节，通过Pro/E模拟仿真，设置其前进步伐的跨度和旋转的弧度，确保其结构紧凑，运动时各关节协调稳定，同时考虑机器人腿部的承载能力，以此对机器人模型进行计算，得到其各零部件的设计参数和各关节的运动参数。 四.控制系统分析 根据应用范围和需要，本作品控制部分采用双控制核心协调控制，分别用于运动步态的控制和传感器的检测，整个控制系统运用遥控无线传输方式，控制范围和精度满足所需要求。 五.运动参数的分析 依照上位机调试的转角，我们进行了编程，结合特殊的机械结构模型，六足抢险救灾智能机器人前进运动模式是行之有效的。通过对机器人每种运动形式用Pro/E建模仿真获取每个电机运动的时序是工作的重点。 六.创新点及先进性 创新点： 1. 机器人技术与智能检测技术的有机结合，实现了检测平台的可移动化和机器人的仪器化； 2. 多足多节机器人模式设计，各部分之间采用双环联轴结构，提高了机器人运动和越障的灵活性。 作品可模拟几种六足生物运动，实现了六足机器人运动模式的多样性，使其对环境的自适应能力强；作品结构简单，具有模块化和可重组特点，多足爬行的特点使其运动更灵活性，运动平稳度高；六足机器人通过人机互动实现了狭小物理空间环境的内部多维时空信息探测，并能有效传输。六足机器人独特的攀爬和翻越障碍的特性，使其在实际矿灾搜救的任务中能表现得更灵活。 七.研究应用前景分析 研究前景： 1.提高机器人的智能性，使其能够通过GPS自动到达设定的坐标。 2.把机器人各个模块进行封装，使其能够防水防火防爆，增强其对环境的适应性。 3.改善机器人的结构，使其在进行各种动作的时候能够更加的灵活。 应用前景： 煤矿采空区内瓦斯浓度的采样和分析；矿灾、火灾、核辐射等事故后极端环境下的搜救及信息探测；军事侦察、地下管道等非结构环境下作业。六足机器人还可利用其良好的环境适应能力在未来的星球探测中扮演重要角色。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：针对矿难、核辐射、火灾等极端环境的探测和搜救工作，以及进入狭小空间进行科研探索的难题，本小组投入了对六足抢险救灾智能机器人的研究制作。 基本思路：模拟多足爬行动物的运动形态，设计多足多节爬行智能机器人；采用GPS技术和无线传感技术实现机器人运动定位控制和检测信息实时传输；利用终端实时获取机器人工作现场图像信息和检测参数信息。 创新点：机器人技术与智能检测技术的有机结合，实现了检测平台的可移动化和机器人的仪器化；多足多节机器人模式设计，各部分之间采用双环联轴结构，提高了机器人运动和越障的灵活性。 技术关键：六足机器人的关节结构设计；非结构环境下各种运动步调中运动参数与时序的获取；现场环境信息的采集和反馈。 技术指标：系统工作电压：9V ±0.5V；无线射频收发模块工作电压：1.9—3.6V；GPS工作电压：5V±0.5V；系统工作环境温度：-30℃～70℃ ； 无线传输工作频率：2.4—2.5GHZ；无线传输距离：100m；摄像视角范围≦240°；视觉传输距离20-100m;
科学性、先进性
- 作品的科学性： 本作品行走时总有三脚着地，稳定性好，能适应较小崎岖的路面；设计有云台结构并配置无线摄像装置，操作人员能够适时掌握现场的视觉景象；通过加载有不同的传感器得到的现场信息，为决策提供依据；采用主动式红外探测通过电平变化实现自动避障；采用2.4G无线通信控制，能够远距离多通道双向传输数据；各电路板模块化设计并与机体分离，便于对电路部分进行封装。 作品的先进性： 本作品机身分离，各部分之间采用双联轴结构，克服了现有六足机器人机身一体，转动缓慢和只能在平整的路面上行走的缺点；装载了多种不同的传感器和GPS定位装置，信息采集较全面；设计了云台结构，将现有的摄像头的视角范围由55°扩大到235°。
获奖情况及鉴定结果
- 在第五届河南理工大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获得一等奖； 在第九届挑战杯“赢响中原”河南省大学生课外学术科技作品竞赛中获得赢响中原最具投资创意奖；
作品所处阶段
- 作品处于中试阶段
技术转让方式
- 本作品已经与深圳市德普施科技有限公司（武汉分公司）签署技术转让协议，授予其使用权。
作品可展示的形式
- 实物、产品；图纸；磁盘；现场演示；图片；录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 本作品在通电后，内部程序开始运行，当机器人上的无线模块接收到遥控器发送来的控制信号后执行相应的动作，运动过程中红外探头进行探测避障。机身装载传感器及摄像头等功能模块将采集到的数据发送回控制终端并显示。 技术特点和优势： 本作品采用无线通信，机器人能够自由快速地完成更多动作；能够进行智能巡航决策，也能无线控制机器人动作，实现姿态调整改变巡航路线等；摄像头模块使控制人员能够适时了解机器人周围的环境；GPS模块能在无法观测的地方对机器人位置的确定；各个传感器模块可根据需要自由组合安装。 应用范围： 由于采用模块化的设计思路，机器人只需根据需要自由组合传感模块便可完成多种任务。如矿区瓦斯浓度检测，核辐射现场的检测，火灾现场的探测，机场可疑物品的观察，以及科学考察等。 市场分析及推广： 机器人采取模块化设计思路，各功能部分可单独加装，从而降低了购买成本，只需购买相应的功能模块以及程序即可。机器人以及各功能模块主要靠程序驱动，所以机器人可进行升级维护。
同类课题研究水平概述
- 日本是机器人研究大国，对六足机器人的研究处于世界领先水平。并开发了多种六足机器人。 美国是世界上最早开始研究多足机器人的国家。1977年美国俄亥俄州立大学研制了六足步行机器人OSU Hexapod。该机器人的关节呈空间布置，除了直进以外，还具有回转、横向步行和障碍避免的功能。1985年，该大学Waldron又开发了另一种代号为ASV的自适应悬挂式六足步行机模型。1990年卡内基美隆大学的Whittaker研制了用于外星探测的六足步行机Ambler。该机器人机构的特点是躯体分成两部分，腿可从中间穿过，从而使得后部的腿可迈到前部。20世纪末，美国罗克威尔公司在DARPA的资助下，研制出用于探测海边地雷的螃蟹形水下步行机器人。在对昆虫步态进行研究的基础上，美国2000年研制出六足仿生步行机器人Biobot。 中国从20世纪80年代开始对六足步行机器人进行研究，并取得了一系列可喜的成果。钱晋武博士研究了地壁两用六足步行机器人，进行了步态和运动学方面的研究。近年，北京航空航天大学对星球探测车进行了研究，提出九自由度六足全方位步行月球车。1990年，中科院沈阳自动化所研制出全方位六足步行机。该机器人不仅能在平地上步行，还能上楼梯。2000年，他们开发了一种形状记忆合金(SMA)驱动的微型六足步行机器人，机器人的肢体布局和结构符合仿生学原理，轮廓尺寸为25mm×25mm×25mm。2002年，对SMA驱动的微型六足步行机器人进行了改进，创新设计了双三足机器人的身体转动关节，并首次提出组合偏动SMA驱动器，使机器人的刚性躯体柔性化，从而实现了微型双三足步行机器人(MDTWR)的全方位运动。2002年，颜国正教授等研制出一种新的六足微型机器人。该机器人基于仿生学的原理，结构简单，设计独特，能前进和后退。实验结果表明该机器人有较好机动性能。2003年哈尔滨工程大学进行了两栖仿生机械螃蟹的研究和开发。 六足机器人目前在国内外的七大研究方向： （1）不平地面行走的步态研究； （2）轮足组合式步行机器人； （3）微型步行机器人； （4）仿生步行机器人； （5）提高载重/自重比； （6）自我定位和自动导航技术； （7）传感技术和多传感器的信息融合技术。
