基本信息
- 项目名称：
- 智能蛙板机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品将游龙板的反偏向轮运动形式创新地应用于机器人运动控制研究领域，具有开拓意义；本机器人通过两臂开合时轮子与地面产生的摩擦力前进，运动灵活敏捷，水陆均可驱动；实现了红外测量侧方及前方障碍物和道路宽度、调整两臂摆幅以适应道路宽度变化、灵活转向避障（侧面及前方）、遥控、倒车、多机协同前进等功能；可用于水陆两栖机器人、侦察机器人、舞蹈机器人等实际应用领域，也可作为血液中微纳米机器人运动原型实验平台。
- 详细介绍：
- 机器人技术是一门快速发展的高新技术,在交通、医疗、军事、工业生产等方面用途广泛。机器人的运动形式、感知方式等是这一领域的一个重要研究方向。 目前已经提出的机器人运动形式有轮式、履带式、步行式等，本作品将游龙板的反偏向轮运动形式创新地应用于机器人运动控制研究领域，具有开拓意义。该机器人的运动与蛙泳形式相似，通过摆动机器人腿臂，利用腿臂上的反偏向轮与地面的作用力实现平稳运动，在水中也可产生驱动力，同时由于没有螺旋桨，因此不会对水体生物或者人体血管产生风险。机器人驱动机构为直流电机、齿轮，使用金属加工制作；电源使用锂离子电池供电；在此基础上又运用AVR单片机和PWM直流电机控制技术制作了机器人的控制模块，软件使用专家控制系统，实现了蛙板机器人的自动行驶。该机器人能够通过安装在前方和侧方的测距传感器探测运动通道的宽度以及周围的障碍物，通过专家控制系统自动调节运动方向与腿臂开合的宽度，使其能够适应不同的道路宽度，同时适当转向避开障碍物。该机器人使用无线通信模块实现了遥控、多机协同组队前进的功能，使用腿臂上的舵机将动力轮反向后可以实现倒车功能；在两臂实现独立驱动后能够实现更为复杂和敏捷的动作，使得前进、转向、倒车的方式和效率大为增强，甚至可以让该机器人跳出“华尔兹”式的舒展舞蹈。 应用上，可用于水陆两栖机器人、侦察机器人、舞蹈机器人等实际应用领域，也可作为血液中微纳米机器人运动原型、多机协同配合的实验平台。
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
- 1、作品目的：本项目对反偏向轮运动原理进行分析，设计实现一种新驱动形式；通过专家控制系统来控制实现前进、道路宽度自适应、转向、倒车、多机编队等功能。 2、基本思路：机器人由支撑平台、腿臂、反偏向轮、测距传感器、控制器等组成。反偏向轮产生前进的动力，红外传感器用于进行道路宽度测量以及障碍物的发现；改变后臂摆幅适应道路宽度的变化；无线传输模块实现远程控制和多机协同；舵机控制反偏向轮轴的朝向实现倒车。 3、创新点：（1）将反偏向轮运动特性用于设计一种新的运动形式；（2）该运动形式在水陆两栖环境均有驱动能力（类似游动），同时没有螺旋桨，对水体生物及人体血管无破坏性危险；（3）红外传感器检测路宽和障碍物，通过腿臂摆幅调节可适应通道宽度变化；（4）通过无线模块实现遥控及多机编队；（5）机器人运动表现力突出，两腿独立驱动时更为显著；（6）改变反偏向轮轴方向实现倒车。 4、技术关键：（1）对反偏向轮进行建模分析，实现机器人摆臂驱动方式；（2）设计腿臂摆动控制方法，改变摆动幅度和频率来调节速度；（3）通过红外测距传感器识别测量障碍和路宽；（4）通过腿臂摆幅调节适应路宽并避障；（5）舵机改变反偏向轮轴方向实现倒车；（6）无线模块实现遥控和多机协同。 5、技术指标：（1）最小转弯半径1m；（2）最大运行速度1.5m/s；（3）能耗40W；（4）路径跟踪精度5-6cm；（5）控制器控制频率1K Hz；（6）红外测距传感器探测精度5-6cm，距离10-80cm；（7）遥控及无线通讯距离100m。
科学性、先进性
- 1、本作品的先进性首先体现在运动形式的创新性上，突出特点在于：（1）基于反偏向轮运动特性，通过腿臂摆动，实现移动机器人平顺、快速运动；（2）通过腿臂摆动，实现机器人宽度调整，自主适应道路宽度的动态变化，通过能力强；（3）运动形式具有水陆两栖的驱动能力，无螺旋桨作用，对水体生物以及人体血管无破坏性危险；（4）由腿臂摆动驱动，机器人肢体表现力丰富，行为能力突出；（5）转向避障方式灵活多变； 2、智能蛙板机器人具有移动、避障、遥控、多机协同、倒车等功能；同时，重量小，速度快，运动灵巧轻便，具有机械结构紧凑合理，实用性、稳定性和通用性好等特点； 3、双腿独立驱动配合转向轮可以完成非常复杂的运动轨迹，在表现力等方面优于普通的轮式机器人； 4、可用于水陆两栖机器人、侦察机器人、舞蹈机器人等实际应用领域；也可用于机器人编队表演；同时，可作为如血液中微纳米机器人等生物机器人的运动原型实验平台。
获奖情况及鉴定结果
- 第六届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术转让
作品可展示的形式
- 实物、图片、录像、现场演示
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
- 1、技术特点和优势 本作品设计了一种新的移动机器人运动形式，该运动形式在水陆环境均具有驱动能力（类似游动）；其通过腿臂摆幅调节可自主适应不同通道宽度，运动方式灵活，道路适应能力强；双腿独立驱动时配合 转向轮可以完成非常复杂的运动轨迹，行为表现力优于普通的轮式机器人。 2、适应范围和推广前景 (1)可作为水陆两栖机器人予以推广，由于不存在螺旋桨机构，因此对于人体内部血管或者是水体中的生物非常安全； (2)由于可适应道路宽度的变化，转向倒车灵活，道路适应能力强，因此可作为巡视侦察机器人应用在工矿厂区、不适合人类进入的区域等； (3)可作为多机器人协同编队、生物微纳米机器人等多种研究的实验平台； (4)同时这种机器人运动的表现力非常突出，对运行动作进行控制，可推广应用于机器人教学与演示领域。
同类课题研究水平概述
- 经查阅没有查询到将这种运动形式应用于机器人设计制作领域的同类研究课题成果。
