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基本信息

项目名称:
双臂可移动式遥控机器人
小类:
机械与控制
简介:
本项目是一台履带式双机械臂机器人,主要可执行地震救援、排爆、特殊环境检测和侦查等危险工作。双机械臂采用电动推杆驱动,单臂负载力达到30kg。结合短距离和中远距离无线传输方式,保障机器人在1500m范围内的无线控制。该机器人可携带有效载荷150kg,最大速度为35m/min,攀爬30°斜坡。利用机器人运动学方程的正、逆解,结合控制算法解决了双臂干涉问题。采用拟人化的控制方式,提高机器人可控性。
详细介绍:
该机器人涉及到机械、电子、计算机、自动控制、无线通信以及图像处理等多项领域。其具有三大功能:远程救援排爆探测、实时监控和信息反馈。 基本思路是通过对双机械臂的驱动设计和结构设计,提高双机械臂的动作能力和负载力,简化机器人的结构和加工复杂度;采用一种拟人化的控制方式,提高多自由度机器人的可控性;通过对机器人控制系统、通信系统和机械结构的高安全性和高稳定性设计,提高机器人整体的稳定性和安全性。 创新点主要在机械臂的结构设计和驱动设计上,突破了传统机械臂直流伺服电机或步进电机的驱动模式,创造性的采用电动推杆进行驱动,一方面增加了机械臂的动作能力,另一方面简化了机械臂结构及加工复杂度。在对双臂机械手的控制方式上,采用两种不同的无线数据传输技术,实现了手臂和手部动作信息采集无线数据传送,以及机器人运动参数及动作控制命令的无线数据传送,将短距离数据传输和中远距离数据传输很好的结合起来,提高控制的便携性。在机械臂动作控制方法上也有很好的创新设计,由于双机械臂的动作控制限定条件远远超过单臂机械臂,因此,控制程序的复杂度较高。本作品较好的解决了这方面的问题。 关键技术主要有高强度的机械结构设计,高精度涡轮蜗杆控制技术,高稳定性的控制电路设计,远距离无线通信技术,多任务实时处理系统。 本机器人长1100mm,宽700mm,高500mm,重75kg,双机械臂采用电动推杆提供动力,双臂具有10个自由度,单臂负载力达到30kg,手臂长1000mm。可依靠两履带的差速转动实现快速转向或原地转向。结合短距离和中远距离无线传输方式,保障机器人在1500m范围内的无线控制。该机器人可携带有效载荷150kg,最大速度为35m/min,可在草地、沙滩等复杂路面上行走,攀爬30°斜坡。利用机器人运动学方程的正、逆解,结合控制算法解决了双臂干涉问题。车载视觉监测系统可对周围360°范围里的情况进行实时监视。电源系统采用铅酸动力电池组供电,供电时间为2—3小时。双机械臂采用拟人化的控制方式,提高机器人可控性。

作品图片

  • 双臂可移动式遥控机器人
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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

纵观国内外的排爆、救援类机器人,大部分机器人均为单机械臂结构,即使是双臂结构,其驱动器也是传统的直流伺服电机,驱动力不足且机械结构复杂。另外此类机器人均采用摇杆类的控制方式,对双机械臂机器人来说,控制很复杂。这均限制了机器人的应用。针对以上情况,本作品通过对机器人的结构和驱动系统设计,增强机器人的动作能力,通过拟人化的控制方式,提高机器人的可控性。 基本思路: 1.设计动作力好的机械结构和驱动器; 2.设计拟人化控制的的体感控制工作服。 创新点: 1.在机械臂的结构设计和驱动设计上,采用电动推杆进行驱动,增加了机械臂的动作能力,简化了机械臂结构及加工复杂度。 2.在对双臂机械人的控制方式上,结合短距离数据传输和中远距离数据传输方式,提高控制便携性。 3.采用体感控制工作服控制机器人双臂,提高机器人的可控性。 关键技术: 高强度的机械结构设计,高精度涡轮蜗杆控制技术,高稳定性的控制电路设计,远距离无线通信技术,多任务实时处理系统。 主要技术指标: 本机器人长1100mm,宽700mm,高500mm,重75kg,双机械臂采用电动推杆提供动力,双臂具有10个自由度,单臂负载力达到30kg,手臂长1000mm。可遥控范围1500m,可携带有效载荷150kg,可在草地、沙滩等复杂路面上行走。利用机器人运动学方程的正、逆解,结合控制算法解决了双臂干涉问题。电源系统采用铅酸动力电池组供电,供电时间为2—3小时。

科学性、先进性

英国排爆机器人“龙行者”可以说是目前比较先进的机器人。但是“龙行者”只有单机械臂,控制采用手动摇杆的方式,操作很不方便,使它的应用受到了很大的局限。本项目的机器人双机械臂能够灵活的配合,完成很多单机械臂无法完成的复杂任务。控制方式通过采集控制者双臂的动作,去直接控制机器人双臂。简化了双机械臂控制的复杂度。利用机器人运动学方程的正、逆解,结合控制算法巧妙地解决了双臂干涉问题。本项目其他的很多方面也有其先进性,比如双处理器架构保证系统的实时性和稳定性,将模块化的设计思想应用在机器人的机械设计和控制系统上,大大提高了机器人的扩展性。其动力性能、运动性能、操控性能均较有较大幅度增长。

获奖情况及鉴定结果

第八届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖

作品所处阶段

实验室样机阶段

技术转让方式

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

技术特点和优势 在机械臂的结构设计和驱动设计上,采用电动推杆进行驱动,增加了机械臂的动作能力,简化了机械臂结构及加工复杂度。采用两种不同的无线数据传输技术,将短距离数据传输和中远距离数据传输很好的结合。采用拟人化的控制方式,简化了多自由度双机械臂的控制。利用机器人运动学方程的正、逆解,结合控制算法巧妙地解决了双臂干涉问题。。 市场分析和经济效益预测 本项目可大力推广使用于国防安全领域,可用于国防安全领域,例如排爆、战场侦查、地震救援、核事故现场处理等;亦可用于工业领域,提高经济效益。如果加上工业的生产水平,可用于航空航天领域:加载远程遥控模块及专用设备,本作品可以用于采集月岩、月壤样品 等等。 根据我们对市场需求的分析,由于本产品在国防安全领域及工业领域的用途丰富,而且其具有很强的扩展性,可以应用于更多的领域,具有很大的市场,在低成本上,蕴藏着巨大的市场和经济效益。

同类课题研究水平概述

在救援防暴机器人的研究中,国内外都取得了令人瞩目的成就,有代表性的有德国Teodor多用途警用机器人、美国TALON“魔爪”系列机器人、“灵蜥-B”型救援防暴机器人、龙卫士DG-X3B型救援机器人等等。 德国Teodor多用途警用机器人主要技术参数如下:长:1300mm;宽:680mm;高:单机械臂;1100mm(机械手折叠时)、2800mm(机械手垂直时)、2400mm (机械手水平时);标准重量:360kg(携带机械手和电池时);行驶速度:0-50m/min(可调);满载时爬坡能力:32°;最小转弯半径:730mm;最大有效载荷:500kg;机械手最大抓取质量:30kg。 美国TALON“魔爪”系列机器人是Foster-miller公司研制的一种轻型机器人。TALON机器人的主要技术参数如下:长:850mm;宽:550mm;高:270mm;单机械臂;标准重量:38.5kg(不携带机械手时);行驶速度:0-105m/min(可调);满载时爬坡能力:32°;最大有效载荷:100kg;操纵距离:1800m。 “灵蜥-B”型反恐防暴机器人由中国科学院沈阳自动化研究所研制,它是一种具有抓取、销毁爆炸物等功能的新型机器人。单机械臂,自重仅180千克;由电池电力驱动,可维持数小时左右;最大直线运动速度为40米/分钟,大、小臂完全展开时能举起8公斤以上的重物,充分吸收了国外同类产品的优点。 龙卫士DG-X3B型反恐机器人广茂达伙伴机器人有限公司研制的,性能指标:重量:50公斤;速度:0~1m/s,可变速度控制;越障能力:27度楼梯,30度斜坡,20cm垂直障碍物,可在草地,沙地,碎石地,雪地运行;负载能力:60kg(水泥路直行);通讯距离:有线无钱双模式,150米视距通讯。 经过对许多国内外科研机构的机器人的研究状况的了解,我们掌握了一定的机器人研究现状方面的信息,并未发现和我们的作品有完全相似的国内外作品。在对机器人现状的调查中,我们在前期研究中总结了先前方案的优势和缺陷,提出了一种新结构、新控制方式的双臂机器人,采用电动推杆进行驱动,增加了机械臂的动作能力,简化了机械臂结构及加工复杂度。将短距离数据传输和中远距离数据传输结合起来,扩展控制便携性。
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