基本信息
- 项目名称：
- 四连杆变形履带式机器人
- 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A类
- 简介：
- 该作品巧妙利用平行四边形机构构型变化总长不变的特点，提出一种全新的履带变形机器人移动平台，具有很强的越障、爬坡、地面机动能力和行驶平顺性，且结构简单、运动稳定、控制可靠，可适应复杂地形环境，满足反恐、排爆、搜索、救援、侦察等任务对微小灵巧移动机器人载体的需求。
- 详细介绍：
- 该作品巧妙利用平行四边形机构构型变化总长不变的特点，提出一种全新的履带变形机器人移动平台，具有很强的越障、爬坡、地面机动能力和行驶平顺性，且结构简单、运动稳定、控制可靠，可适应复杂地形环境，满足反恐、排爆、搜索、救援、侦察等任务对微小灵巧移动机器人载体的需求。 该作品的创新点主要有以下几点： 1． 提出新型履带变形机构，巧妙利用平行四边形机构构型发生变化总长不变的特点，使履带变形的运动控制变得非常简单。 2 .机器人移动平台可实现多种姿态，抬高底盘越过障碍，单边提高机器人重心适应单边地形，翻倒后可继续行进,具有很强的越沟、爬坡、越障功能。 3．该移动平台的运动非常平稳，有利于机器人各种功能的扩展。
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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
- 研制目的：设计一种适应复杂地形环境的履带式机器人移动平台，其具有很强的越障、爬坡、地面机动能力和行驶平顺性，且结构简单、运动稳定、控制可靠，能满足反恐、排爆、搜索、救援、侦察等任务对微小灵巧移动机器人载体的需求。 基本思路：立足于履带机器人机械结构的创新设计，本作品巧妙利用平行四边形机构构型发生变化时其周长不变的特点，提出一种全新的履带变形机构，具有以下特点：（1）利用机构的简单变形实现机器人越障；（2）机器人可单侧变形，以适应机器人两侧地形不同的情况；（3）实现机器人抬高底盘通过障碍。 创新点：1． 提出了一种新型履带变形机构，巧妙利用平行四边形机构构型发生变化其周长不变的特点，使履带变形的运动控制变得非常简单。 2 . 基于新型履带变形机构设计了一种新型机器人移动平台，该平台可抬高底盘越过障碍。 3． 采用模块化、全天候、全地形的设计思想，对机器人电控系统等关键部件进行防水和抗振设计，使机器人具有一定的涉水和抗摔能力。 4、控制系统基于PC104工控机主板，加载GPS定位系统及其它设备，使机器人的功能更加强大。 技术关键：1. 履带变形机构及其控制技术； 2. 机器人模块化设计及密封性设计技术； 3. 机器人运动控制技术； 主要技术指标： 1、尺寸：长×宽×高约为：1200mm×600mm×350mm 2、重量：约为25Kg 3、移动速度：0.5—1.5m/s 4、载重量：≥30Kg 5、可翻越坡度：约50° 6、跨沟宽度：约60cm
科学性、先进性
- 科学性：目前，国内外对于微小型履带机器人的研究主要是针对机器人控制技术的研究，而作为机器人主体的机械结构却大多采用经典的履带结构，虽然相关的研究成果已经在某些领域成功地得到了应用，但从机械设计的角度看，明显缺乏一定的创新和优化。 四连杆变形履带式机器人的关键技术是采用常见的平行四边形机构作为履带变形结构，平行四边形机构有两个显著特性：一是两曲柄以相同速度同向转动；二是连杆作平动。当主动曲柄以一定速度转动时，从动曲柄也以同样的速度转动，而连杆作平动，始终与机架保持平行状态。如果在此机构的连杆上搭建工作平台，其最大特点就是工作平台运动平稳可靠，而且运动范围很广，有利于越障。 先进性：与目前国内外的微小型履带式机器人相比，本作品是一种全新结构的履带式机器人，主要着眼于机器人机械主体结构的创新设计与优化，使用的工作平台简单实用、控制可靠，并且加工方便、制造成本较低，可推广应用于民用和军事领域。
获奖情况及鉴定结果
- 学校于2009年5月9日组织召开了“四连杆变形履带式机器人”作品评审会，经过评审委员的认真细致评审，形成以下鉴定意见： 四连杆变形履带式机器人是一种新型微小型履带式移动机器人，该作品运用简单的四连杆机构实现了移动机器人跨越障碍所需要的变形动作，通过第一代样机的越障试验，显示该作品具有较强的越障性能和行驶平顺性，具有较好的应用前景，进一步改进后可分别应用于军事和民用领域。
作品所处阶段
- 改进设计及合作开发阶段。
技术转让方式
- 专利转让或技术合作开发
作品可展示的形式
- 实物、产品、模型、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
- 作品的技术特点和优势：与国内外的微小型履带机器人相比较，四连杆变形履带式机器人立足于履带机器人机械结构的创新和优化，机械主体结构简单，在功能实现方面，尤其是与机械结构息息相关的机器人越障能力方面，已达到实地应用所需的要求，部分变形动作具有独创性。 作品应用前景和经济效益预测：四连杆变形履带式机器人作为微小型机器人，具有体积小、携带方便、低成本、隐蔽性好、快速反应、机动性高、生存能力强、适应水、陆环境等特点。机器人能够加载监视设备、机械手臂、轻型武器等装置，可军民两用。 作品还可以与玩具厂家合作开发高科技玩具：基于平行四边形结构的履带变形机构简单，拆装方便，与玩具厂家合作开发成为机器人玩具，加以简单的运动控制，其巧妙的变形和强大的越障性能必将得到广大少年儿童的青睐，也会成为老师和家长们培养孩子学习兴趣和动手能力的强大工具，市场前景广阔，经济效益可观。 （经调查，目前市场上尚无此类机器人玩具出现，我们也积极在与玩具厂家联系，争取早日实现合作和开发。）
同类课题研究水平概述
- 在履带式机器人研究方面，美国走在了世界前列，它具有独立的实验性无人作战机器人计划，加上近年来反恐及城市巷战的需要，小型智能履带机器人研制工作受到了军方高度重视。IRobot公司研制了微小型履带式机器人Packbot系列，该系列机器人采用履带式结构并装备有鳍状肢，鳍状肢可根据任务要求在机器人前端安装一对或前、后两端各安装一对，利用鳍状肢辅助翻越障碍，加载激光测距仪、立体摄像机、GPS系统后可用于侦察、探测等。另外Packbot具有良好的防水性能，能够穿越3m深水域，并具备一定的抗冲击能力。Foster-miller公司研制了Talon机器人，该机器人采用履带方式行进，内部装备有两台普通直流电机，电机通过两根链条带动履带轮转动，实现机器人运动；另外机器人前后履带轮中间安装有一小型承重轮，该轮不仅能承载一部分负荷同时也能在机器人转向时起到支撑作用，减少履带与地面之间的摩擦，提高机器人转向能力。Talon机器人主要作为一种武器机器人使用，可直接参与对敌作战，也能完成各种侦察、巡逻工作。机器人外形参数尺寸为86.4cm× 57.2 cm ×27.9 cm，重约39Kg，能潜水3.5m，爬45°斜坡，在军事行动中往往用Talon和Packbot两种机器人配合完成任务。 国内针对履带机器人研究主要集中在警用、民用等非作战领域。近十多年来我国出于经济发展需要，在该领域研究成果颇丰。清华大学精密仪器系及其自动化实验室设计的微小型QH-1型履带式机器人主要用于实现轨迹及运动目标跟踪、视觉信息的分析与处理、地面轨迹图像的计算机理解与处理。中国科学院沈阳自动化所研制的复合移动机器人“灵晰-B”型排爆机器人已进入服役期，中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，研制出了一种小型自主的基于轮式、腿式及履带式的多种越障方式相融合的复合式越障机器人，还有哈尔滨工业大学、北京理工大学、国防科技大学也在履带式侦察机器人方面也进行了创新性研究。
