基本信息
- 项目名称：
- 仿人示教机器人
- 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：
- 该机器人是通过对机器人和人体运运动学研究的有机结合体。该作品采用舵机控制系统，解决了机械控制不稳定的缺点，并且首次采用17个舵机实现多自由度控制，能更好的模拟人体多种动作；整个控制系统采用开源设计，主控程序可以根据用户需要进行修改。采用可视化的编程方式，使不懂得程序的用户也能根据自己的喜好来控制机器人实现各种动作；首款将体操教学和电控编程教学合为一体的仿人机器人，也能使编程爱好者学习与娱乐相结合。
- 详细介绍：
- 仿人示教机器人可以实现俯卧撑、仰卧起坐、竞步、交通指挥、、广播体操、街舞、等复杂动作。整个控制系统采用开源设计，用户通过自行编程或可视化编程进行主控程序的修改。 能在更多青少年中普及机器人知识，激发青少年对科学研究的兴趣，也能使控制编程爱好者能实现程序的宏观模拟运行，摆脱枯燥无味的抽象学习环境，使学习和娱乐有机相结合。该作品可以用于教学实验，娱乐，各种机器人比赛等场合，也可以用来做二次开发，做成专用机器人。仿人机器人的市场和前景是广阔的，所以该作品将会在市场上焕发活力与光彩，将会成为广大机器人爱好者的朋友
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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
- 设计发明目的:为在更多青少年中普及机器人知识，激发青少年对科学研究的兴趣，使控制编程爱好者能实现程序的宏观模拟运行，摆脱枯燥无味的抽象学习环境，促进科技事业的发展，使机器人更好地为人类服务。 基本思路：我们经过对当前研究状况进行充分的调查研究和对人体运动的观察分析，并借助计算机辅助设计对多种方案进行反复论证，最终确定了设计方案,采用仿生学原理设计制作了这款仿人示教机器人。 创新点：1.采用舵机控制系统，解决了机械控制不稳定的缺点，并且首次采用17个舵机实现多自由度控制，能更好的模拟人体多种动作；2.整个控制系统采用开源设计，主控程序可以根据用户需要进行修改。采用可视化的编程方式，使不懂得程序的用户也能根据自己的喜好来控制机器人实现各种动作；3.首款将体操教学和电控编程教学合为一体的仿人机器人，也能使编程爱好者学习与娱乐相结合。 技术关键：该作品的技术关键在于机器人与人体仿生学的结合，捕获运动姿态规划所需要的数据以及可视化编程技术。 技术指标：1.基本动作:俯卧撑、前滚翻、后滚翻、侧滚翻、倒立、跳跃等；2.复杂动作：舞蹈、竞步、交通指挥、踢足球、模拟广播体操等；3.连续工作时间：30分钟。
科学性、先进性
- 与现有同类机器人相比较，该机器人的突出性特点在于机器人与人体仿生学的结合以及先进的可视化编程技术。 分析以前调试机器人行走时总是让脚掌水平着地的优缺点后，我们采用仿生学原理设计出了这款人形机器人，在人形机器人步行动作规划过程中，参考了人类行走的被动特性，将一个行走步态周期分为支撑、脚尖立地、摆动和伸直四个阶段更有效的利用了机械势能使脚被动地完成摆动过程。优化了机器人的内在鲁棒性和行走机械自身的自然动态特性，是机器人的步伐更加稳健，更接近人类走路的姿态 整个机器人采用17个舵机控制17个自由度，能更好的模拟人体各种动作,对某个示教动作进行轨迹规划时的操作简单易行，结果准确。另外，控制系统采用开源设计具有以下优点：1、便于广大范围内协作开发；2、迅速理解系统内部运行机制，以便于进一步开发；3、经济；4、便于新手学习；5、系统运行高效。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年12月份，在洛阳理工学院第三届大学生“挑战杯”中获一等奖； 2011年6月份，在河南省第九届“挑战杯”中获得一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、图纸、现场演示、图片、录像、样品
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
- 采用可视化编程及开源设计允许用户进行程序编辑，而且操作方便，只需把机器人通过P0口连接到计算机，然后通过可视化编程软件进行程序读写操作，软件中自带部分程序，用户也可以自己编辑程序。用户只需按照按键说明进行遥控控制，机器人自身会把各个点的参数进行记录，最后通过计算机对这些点参数进行处理。与以往捕获运动姿态和轨迹规划的方式相比该方式操作简单，测得数据准确度高，对仿人机器人运动控制的研究领域具有较高的参考价值。 该机器人适应范围广阔，不仅适应于仿人机器人运动控制的研究领域，也可以供编程爱好者进行模拟运行，摆脱枯燥无味的抽象学习环境，另外还可以应用于体育方面的教学演示。该仿人示教机器人具有广阔的推广前景，目前同类产品的售价在5万元，我们的产品与之相比有很大的成本优势。
同类课题研究水平概述
- 仿人机器人开始于上世纪60年代末，只有四十多年的历史，然而，仿人器人的研究工作进展迅速，国内外许多学者正从事于这一领域的研究，如今已成为机器人技术领域的主要研究方向之一。 日本在仿人机器人方面做出了重要尝试，而其他技术强国也在机器人上做了大量工作，但侧重点和运用环境和日本的有较大的不同。以美国为例，美国一直注重智能机器人和军用机器人的研究，研发出多种功能强大的智能机器人和军用机器人，由于美国的机器人运用偏重于军事应用，重点强调的是机器人的功能，所以美国的机器人在外形上趋于机器机构，而在外形上没有做过多的研究。 法国BIP2000计划是由法国de Mecaniqe des Soloders de Poitiers实验室和NRIA机构共同开发的一种具有15个自由度的双足步行机器人。并建立了一整套具有适应未知条件行走的双足机器人系统，使用此系统可以使双足机器人实现站立、行走、爬坡和上下楼梯等复杂动作。 我国的人形机器人研究起步于1986年启动的国家高技术计划（863计划），经过二十多年的研究，同样取得了丰硕的成果。如北京理工大学研制的机器人“汇童”有32个自由度，能打太极拳，会腾空行走，并能给据自身的平衡状态和地面变化，实现未知路面的稳定行走。国防科技大学也是我国人形机器人研究的佼佼者，从1987年至今已经完成了四代机器人样机的研制。 清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学等高等院校和科研机构也在近几年投入了相当的人力物力，进行智能仿人机器人的研制工作。 现在，我国的研究和日本等技术强国相比，还是存在不小的差距，比如，发达国家的人形机器人在2003年前后已经具备了跑步的能力，而我国目前还停留在跑步状态下的步行分析与研究阶段。而且，我国的机器人在实用性方面和国外也有差距，如日本的ASIMO和QRIO已处于商用阶段，而我国人形机器人目前还处于技术展示阶段。
