基本信息
- 项目名称：
- 仿生螃蟹机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 与传统轮式机器人相比，多足仿生机器人具有很好的越障能力及路况适应能力。基于对螃蟹特性的分析，运用仿生学原理设计了一款具有创意结构的仿生螃蟹机器人系统。采用模块化设计方法，对该机器人系统进行了硬件设计及算法软件设计，实现了诸如搬运、避障、扫雷，以及娱乐等多种功能。在复杂路况下进行搜救与探测等方面，该机器人具有较好的应用潜力。
- 详细介绍：
- 仿生螃蟹机器人 一、设计目的 本设计作品通过创意仿生设计，模仿螃蟹在陆地上的动作特点和生活习性，实现诸如搬运、避障、环境监测、探测以及娱乐等多种功能，为未来仿生探测机器人的开发提供参考。 二、设计思路 基于对螃蟹的各种动作特点和生活习性的分析，采用机械结构件对螃蟹的形体结构进行创意设计，并对仿螃蟹结构系统进行软硬件设计，仿生实现螃蟹的基本习性及主要动作与功能。 三、技术关键 本设计作品涉及传感与测控技术、伺服电机驱动技术、嵌入式技术、多机通信技术以及人工智能等关键技术。 四、特点与优势 设计作品具有一对螯足、三对步足、一对眼睛等仿螃蟹结构；能实现螃蟹的爬行、进攻、防御等动作；具有搬运、避障、监测、娱乐、科普等功能，以及在恶劣环境下的搜救与探测等应用前景。
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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
- 一、设计目的和基本思路 随着人类社会的进步，机器人开始走出工厂，进入百姓家庭，广泛应用于生活、教育和娱乐中。其中，以活动方式和身体结构酷似动物的智能仿生机器人具有很大的发展前景及应用需求。本作品致力于仿生螃蟹机器人的设计开发。 设计的思路为：采用机械结构件对螃蟹的形体结构进行创意设计。据此，对仿螃蟹结构系统进行软、硬件设计，仿生实现螃蟹的主要动作及基本习性，具有搬运、拾取、避障、扫雷、以及娱乐等功能。 二、创新点 本作品基于对螃蟹的陆地特性分析，进行了以下创新： 1）一对螯足，具有进攻、防御、拾取能力，并且能配合步足完成螃蟹的旋转。 2）三对步足，能模仿螃蟹横向行走，快速地改变其行走的速度和步幅，灵活自如。 3）一对眼睛，采用红外对管和超声波模块，对周围环境实行监测，实现测距、壁障、循迹等功能。 4）具有很强的娱乐功能，能唱歌、会跳舞。 5) 具有检测地雷和环境温度监测功能，使其应用领域更加广泛。 6）具有声控功能，能实现人机交互。 三、关键技术 1）传感与测控技术 2）伺服电机驱动技术 3）嵌入式技术 4）多机通信技术 5）人工智能技术 四、主要技术指标 1) 测距范围:3m-2cm 测量误差:±1cm； 2）检测地雷最大深度:3cm； 3) 伺服电机误差范围:角度误差:±2°；速度误差:±0.5°/s； 4) 鳌足承载能力：10N<F<20N； 5）爬行最大速度：2m/min； 6）转弯最大角速度：15°/s。
科学性、先进性
- 目前从事仿螃蟹机器人的研究有哈尔滨工程大学和英国巴斯大学。哈尔滨工程大学研制出一款仿生螃蟹机器人，它着重于螃蟹的水下爬行动作进行模拟。英国巴斯大学一名研究生开发出一款酷似螃蟹的原型机器人，目前它只能在陆地上移动，并未着重于螃蟹陆地特性的模仿。 本作品基于对螃蟹陆地特性分析，通过创意仿生设计，准确模仿螃蟹在陆地上的动作和生活习性，能实现搬运、拾取、避障、扫雷、环境的监测，以及娱乐等功能。 参考文献资料： [1] 王丽慧、周华 仿生机器人的研究现状及其发展方向 上海师范大学学报(自然科学版)； [2] 叶献伟、陈樊、高建华 《六足仿生机器人越障步态方法研究》 浙江理工大学学报 第25卷第5期；[3] 赵涓涓、李强、任美荣、郭晓东、李晓飞 六足仿生机器人运动控制系统的设计 机电工程技术 第37卷第12期； [4] 王甲福、管红梅、庞政 仿生机器人的研究与实现 气象水文海洋仪器 第三期； [5] 漆向军、陈霖、刘明丹 控制六足仿生机器人三角步态的研究计算机仿真 第24卷第4期。
获奖情况及鉴定结果
- 1）曾在院挑战杯选拔赛获科技发明类第一名； 2）曾在校挑战杯选拔赛获科技发明类第一名； 3）2009年5月22号在第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛省赛区获科技发明类二等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 许可贸易、技术服务与咨询、特许专营、合作生产，以及含有知识产权和专有技术许可的设备买卖
作品可展示的形式
- 文档资料、录像、实物展示、现场演示等
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
- 一、使用说明：采用VJC EXT和伺服电机调试软件两个编程界面进行开发，运用类C语言设计算法，程序通过串口下载，按“运行”即可实现相应的功能。 二、技术特点与优势 1、超声波和红外线有机地结合实现避障测距，较准确地对周围环境进行实时检测 2、伺服电机和整个系统进行独立控制，通过BUS总线实现多机通信 3、采用多种电源，实现各控制模块的隔离，以提高系统的抗干扰能力。此外，伺服电机驱动模块采用开关电源，提高能量的利用率 4、最大时钟频率达70MHZ，处理速度快，保证了机器人能够实时感应外界环境的变化，并做出敏捷的反应。 三、适应范围和应用前景 适应范围：本作品受环境影响较小，适应范围广，包括较复杂的路况等环境场所。 应用前景：本作品不仅在勘探、巡逻、搜救等方面能有杰出表现，还能作为教育机器人的典范。作品涉及机械、计算机、自动化、电子、生物等学科，为学校培养综合性人才提供教学平台。本作品能深入到日常生活，在普及科学知识的同时，还能激发人们对科学的乐趣。
同类课题研究水平概述
- 无论是在国内还是国外，关于多足机器人的研究都特别具有吸引力。其原因在于，与传统轮式机器人相比，足类机器人不但符合生物的生理结构，达到节省能量的目的，还能跨越传统轮式机器人所不能越过的障碍。多足机器人的研究，不但可以加深对多足生物特性的了解，还可以利用其特性完成对复杂环境的监测，为人们从事相关工作提供便利。 多足机器人的研究中，以两栖类机器人的研究显得越来越重要，其不但有水下活动的多种习性，还具有陆地活动上的很多特性。能在军事排雷、海岸巡逻、陆地搜救、海底拍摄、海底石油勘探、环境监测等很多领域得到应用，代替人类进入恶劣环境工作。 在国内，哈尔滨工程大学于2007年7月7日研制开发的仿生机器人螃蟹，经过近百次试验获得成功。该仿生机器人螃蟹长60厘米，宽35厘米，厚度为25厘米，体重12公斤，时速540米/小时。其配备有卫星定位系统，能潜入水下4米深处完成搜救、探测、录像等任务。但由于该螃蟹没有螯足，所以不能完全模仿螃蟹的行为。该作品主要基于螃蟹的水下爬行特性，实现水底探测。 在国外，英国巴斯大学研究人员宣称，一种酷似螃蟹的原型机器人在未来的水下勘测探索任务中将有出色得表现。这种新型机器人是由巴斯大学一位研究生设计的，它目前可以在陆地上任意移动，未来将把它完全的用于水下勘测任务中。巴斯大学发言人称，这项最新技术可用于石油天然气勘测、海洋搜寻以及水下任意要求的独立性操作。这款机器人可在同一机动速度下行进，通过改变步幅长度改变行走速度，像野生螃蟹一样灵活自如。设计者去年9月初在萨默塞特郡迈因赫德海滩对这款机器人进行了测试，机器人在沙滩上表现非常出色，它能够自如地攀爬越过鹅卵石和小碎石。 以上分析表明，从事仿生螃蟹机器人的研究具有很好的意义及应用前景。
