基本信息
- 项目名称：
- 仿生越障探测车
- 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：
- 针对目前国内外研制的灾难搜救机器人存在的体积过大、结构复杂、不便于对狭小空间进行探测、人机交互能力差、机器人操作困难等缺陷，设计了一款机动性高、越障能力强、探测范围广、能灵活的进行空间360度球面探测的仿生越障探测车。该探测车能承担地震、矿难、火灾等灾难现场搜索救援以及排爆、排查有毒物泄漏等工作。
- 详细介绍：
- 该探测车移动灵活，越障高度可达170mm，能进行空间360度的球面探测，车载通讯系统能在850m范围内稳定的支持实时通讯，电源系统采用电池组供电，供电时间为5-6小时；该作品基本能胜任各项搜索救援任务，符合当今救援机器人智能化、体积微型化、搜救功能全面化、人机交互能力完善化的发展趋势。 该作品主要由机械和电控两个部分组成。机械部分由行走越障碍系统和仿生探测系统组成。行走越障系统由车架、前部双曲柄机构、侧部平行四边形连杆机构和后部支撑机构（与前部相同的双曲柄机构）组成。前轮遇障时双曲柄机构被动变形，前连杆向上抬起带动车体攀越障碍，平行四边形机构可以确保探测车运动的平稳性，并以同样的原理实现车体单边被动越障。仿生探测系统由多组两自由度角斜机构串联而成，能够实现空间360度的球面转动，从而对周围环境进行有效的探测，同时把周围信息通过传感器反馈给电脑，实现现场—探测车—电脑之间的信息交换。电控部分由供电系统和车载通讯系统组成。供电系统采用两套相互隔离的电源，其中12V作为系统动力电源，5V作为控制电源。整个车载控制系统使用一台八通道35MHz无线遥控发射/接收器作为主控制器，采用PWM控制方式，伺服电机外接MOSFET放大电桥作为电机的驱动，再结合单片机来实现探测车的各项功能。
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、目的：在于及时将受灾现场情况反馈给救援人员，提高搜救受灾者的速度以及效率。 2、基本思路： 1）根据设计思路及大体方案，运用CAD、UG、PRO/E等图形软件建立仿生越障探测车样机基本模型。 2）运用Adams、MATLAB等软件对探测车进行运动仿真，并完善设计方案。 3）根据确定的参数及所设计的图纸，制造并改进样机。 3、创新点： 1）由直齿圆锥齿轮和曲杆组成的角斜机构，通过多组串联可实现仿生探测系统的空间球面转动。 2）由双曲柄机构和平行四边形机构组成的组合越障车体，可实现探测车被动越障。同时增强了探测车的机动性、越障能力和稳定性。 3）采用遥控技术实现远程智能控制，提高了搜救半径；通过车载通讯系统实现了灾难现场——探测车——电脑之间信息的实时交换，增强了人机交互能力。 4、技术关键：采用平面连杆机构来实现探测车的越障；运用多组角斜机构串联来实现探测系统的空间球面转动；使用一台九通道35MHz无线遥控发射/接收作为中央控制器结合单片机，实现探测车的各项功能。 5、主要技术指标： （1）仿生越障探测车的越障高度为170mm。 （2）仿生越障探测车的车载通讯系统在850m范围内能够稳定的进行实时通讯。 （3）仿生越障探测车能够实现空间360度的球面探测。 （4）仿生越障探测车所携带电源能支持探测车连续工作5-6小时。
科学性、先进性
- 本作品设计制造的整个过程贯穿了现代制造理念，最大程度降低了制造成本，缩短了研发周期，增强了产品的市场竞争力。 仿生越障探测车利用其高机动越障和便于对狭小空间探测的优势穿梭于坍塌的房屋废墟、楼道台阶等各种复杂地形之间，替代搜救人员深入灾难现场，及时将现场信息通过车载通讯系统传回救援指挥处，增大救援力度，减少救援人员的伤亡以及财产的损失。 参考文献: [1] Wilson Rothman.Rescuer by Remote Need Help Send in the Robot.Time,Tuesday,June 8,2004. [2] 钱善华,葛世荣,等. 机器人的研究现状与煤矿救灾的应用[J].机器人,2006(3),350-354 [3] 吉爱红,戴振东,周来水.仿生机器人的研究进展[J].机器人,2005(3),284-288
获奖情况及鉴定结果
- 该作品在湖南省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获得特等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段。
技术转让方式
- 知识产权转让或技术授权方式。
作品可展示的形式
- 实物、产品，图纸，现场演示，图片，录像。
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
- 仿生越障探测车是具有原创性的技术作品，其机动性高、越障能力强、探测范围广、能灵活的进行空间360度的球面探测（即能够展现出对狭小空间具有较强的探测能力），该探测车采用了远程遥控控制，增大了搜救半径，并能够实现灾难现场—探测车—电脑之间信息的实时交换，能运用于地震、矿难、火灾现场等灾难搜索救援以及排爆、排查有毒物泄漏等工作。此外该作品中巧妙的将直齿圆锥齿轮与曲杆结合构成两自由度角斜机构，再将多组角斜机构通过串联构成探测系统，从而能够实现空间360度的球面转动，相对于球形齿轮实现的空间360度球面转动，角斜机构结构更简单更容易加工，即具有制造成本相对较低的优势。此外该种探测系统通过进一步完善实现精确定位后也可运用于其他的领域，如：数控加工、手术机器人、果实采摘……从而可产生巨大的经济价值，同时也可将其运用于科研领域，增加其学术价值。该作品目前处于国内较高水平，发展前景可观，值得推广。
同类课题研究水平概述
- 近十年来,尤其是“911”事件之后,美国、日本等西方发达国家在地震、火灾等救援机器人的研究方面做了大量的工作,研究出了各种可用于灾难现场救援的机器人。以牵引和运动方式的不同搜救机器人主要可分为以下几类: 1.履带式搜救机器人 目前国际上几家著名机器人公司的典型产品,他们主要是为了满足军事需要而开发,体积普遍偏大,不太适合在倒塌的建筑物废墟中狭小空间内搜寻幸者。 2.可变形(多态) 搜救机器人 美国iRobot 公司生产的PackBot 系列机器人, PackBot 机器人有一对鳍形前肢,这对鳍形前肢可以帮助在崎岖的地面上导航,也可以升高感知平台以便更好地观察。加拿大Inuktun 公司MicroVGTV 多态搜救机器人,它可以根据搜索通道的大小及搜寻范围的远近灵活地调整形状和尺寸，但体积小了搜索视野就会受到限制。 3.仿生搜救机器人 为了满足对更狭小空间搜索的需要,人们根据生态学原理研制出了各种体积更小的仿生机器人,其中蛇形机器人就是其中很重要的一类。CMU 研制的安装在移动平台上的蛇形机器人,日本大阪大学研制的蛇形机器人。我国中国科学院沈阳自动化研究所,国防科技大学,北京航空航天大学等单位也都相继研制出了类似的蛇形机器人系统。美国加州大学伯克利分校研制的身高不足3 cm 的苍蝇搜救机器人。 2001 年“911”事件发生后,美国国内主要机器人生产公司和研究机构都组织参加了纽约世贸大厦现场的搜救工作,他们是南佛罗里达大学机器人辅助搜寻与救援研究中心,MIT 的iRobot 公司,美国海军的SPAWAR 研究中心,以及具有五十多年历史的Foster - Miller 公司等。灾难现场实际使用情况表明,目前所研制的搜救机器人仍然存在不少需要解决的关键技术问题。主要表现在机器人的移动性、通讯问题、智能图像处理软件以及人机交互能力等方面。机器人体积偏大,无法进入狭小空间进行搜救;废墟上的高温使机器人履带软化而无法正常行进;图像智能识别能力不足,救援人员绝大部分时间(超过80%) 都在用于对机器人发回图像的分析、辨别上;人机交互能力差,机器人操纵困难等。
