基本信息
- 项目名称：
- “祥龙”高适应性多功能蛇形机器人
- 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：
- 作为救援破障类机器人，“祥龙”成功弥补了现有蛇形机器人普遍存在的工作环境单一、动力供应不足、耐高温性能差、翻倒无法复位等不足。 “祥龙”具有稳定性好、横截面小、柔性好、翻倒自适应、防水防尘、耐高温、可远程遥控等特点，可以在多种复杂地形上行走，在水、火中有较高工作能力,低廉的制造成本也为大规模应用提供了条件。在救援、探查、星球探测等方面具有广阔的应用前景。
- 详细介绍：
- 一、“祥龙”的基本结构： “祥龙”主要由蛇头、壳体、异型轮、变向机构、驱动机构、抬升机构组成。我们采用的是动车组动力供应原理，蛇体多节都有动力。 二、便于搜寻、救援与破障： 在蛇头蛇体内加装了各种探测仪器可以收集声音、温度、位置、影像等信息，变于救援人员制定出高效、准确的救援方案；为了更好的越障，我们在蛇体均布有减摩轮，以减小外界环境对蛇体的刮碰和摩擦；采用气膜冷却法——在蛇体的每节中段与前后铰链连接处，在装配过程中形成的0.1mm间隙，当蛇体充满高压水时，水经过沿圆周均布的三个φ3小孔通过沿圆周的0.1mm间隙喷出，形成多层水膜，起到冷却蛇体，隔离高温的作用。气膜孔还可为在废墟中受困者提供水或空气，延缓其生命；在蛇头前端安装了三个触头，当蛇体向前运动时，中间触头受压，爬升机构启动，使蛇头抬起。当右侧触头受压时，转向电机启动，使蛇头向左转动；当左侧触头受压时，转向电机启动，使蛇头向右转动，实现各电机的自控状态；有了这些“祥龙”就可以更好的救援破障。 三、机构创新： 设计异形轮，轮子形状受碗的启发，设计异形轮便于翻到后还能继续行进。变向机构、驱动机构、抬升机构里都有我们团队的创新元素，并且有多种设计方案，结构简单，适应于翻到后能保持驱动连续性。 四、材料创新：我们作品的最终目的是投入救援救灾工作中去，为了使“祥龙”在恶劣未知环境下有更高的工作效率、更强的工作性能，我们还在“祥龙”的选材方面进行了创新。请看右侧说明图表： 五、功能创新： ⑴采用动车组动力供应原理 ，即采用分散式多动力源，为“蛇”的运动提供充足能量； ⑵采用悬浮自平衡法：用检测、修磨配重的方法保证爬升机构在蛇体任意翻滚的情况下保持正常工作； ⑶采用气膜冷却法：形成多层水膜，起到冷却蛇体，隔离高温的作用。气膜孔还可为受困人员提供水或空气。气膜孔喷出的水反作用力加速蛇体的向前运动。 当蛇体在水中时，蛇体内充满高压空气，蛇体可以浮在水面上，在尾部螺旋桨和尾舵的作用下，蛇体可以在水面上自由爬行，当蛇体内充满高压水时，蛇体可以潜入水下，在尾部螺旋桨和尾舵的作用下，蛇体可以在水下自由爬行，完成水上及水下的救援任务； ⑷设计异型轮，便于蛇体在翻到后还能继续前进； ⑸设计三角自重可控开关，便于蛇体翻到后自动控制轮子的转向，保证蛇体正常行进。 ⑹感应控制系统：在蛇头前端安装了三个触头，当蛇体向前运动时，中间触头受压，爬升机构启动，使蛇头抬起。当右侧触头受压时，转向电机启动，使蛇头向左转动；当左侧触头受压时，转向电机启动，使蛇头向右转动，实现各电机的自控状态； ⑺采用减摩轮法：当蛇体在运动过程中，将滑动摩擦变为滚动摩擦，采用减摩轮可以减轻外界环境对蛇体的刮碰和摩擦； ⑻采用多项信息收集法：可以收集声音、温度、位置、影像等信息，对受灾受困人员做出科学的判断，制定出高效、准确的救援方案； ⑼表面喷涂热障涂层，提高其在高温环境中的工作能力六、多方案备选： 因为市场因素也是一个主要考虑的条件，我团队思维活跃，想出了多套备选方案。我们会根据市场匹配性进行横向比较，择优选取。在不同关节可能有不同形式，不会局限在固定是哪种上。 综上所述： “祥龙”高适应性、多功能蛇形机器人可以在地震、火灾、水灾、易燃易爆等多种复杂环境中实施救援，具有高适应、多功能的特点，在国内有较高的创新性。
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
- 一、作品设计的基本思路 如何解决机器人搜寻救援破障等问题？ 如何使“祥龙”对多种复杂环境具备自适应能力和较强的通过能力? 如何提高强化“祥龙”的这种能力？ 主要设想： 采用分散动力，采用减摩措施，翻转后还能驱动前进，并设计多种驱动方式和方案，以保证能在未知环境下有很强的适应能力和通过能力。实现目标关键是在对环境的适应能力，及强力驱动的技术实现，我们采用机电综合模式，同时结合动车组动力分散设计思想来驱动。 二、创新点 1、设计异型车轮和三角自重可控开关，便于蛇体翻倒还可继续前行； 2、将动车组多动力供应原理应用于“蛇”，提高其工作效率； 3、将感应控制系统应用于“蛇”，使其能自动适应周围环境； 4、将热障涂层技术应用于“蛇”，提高其在高温环境中的工作能力； 5、在蛇体周围设计减摩轮，减少行进中的摩擦力; 6、设计气膜孔结构，可在废墟中为受灾者提供水和空气； 7、将螺旋桨推进器应用于蛇体尾部，保证“蛇”在水中的快速运动。 三、技术关键和主要技术指标 动作方面 设计了变向机构、驱动组件以及爬升组件三类结构，而且驱动组件以及爬升组件各设计了两组方案以实现其动作。 功能方面 采用动车组动力供应原理、悬浮自平衡法、气膜冷却法、减摩轮法、以及多项信息收集法、三角自重可控开关、感应控制系统以完善机器人的各部分性能，并通过表面喷涂热障涂层，提高其在高温环境中的工作能力。
科学性、先进性
- 先进性说明: 1、采用动车组动力供应原理 ，即采用分散式多动力源，为“蛇”的运动提供充足能量； 2、采用悬浮自平衡法：用检测、修磨配重的方法保证爬升机构在蛇体任意翻滚的情况下保持正常工作； 3、采用气膜冷却法：蛇体充满高压水时，形成多层水膜，起到冷却蛇体，隔离高温的作用； 4、设计异型轮，便于蛇体在翻倒后还能继续前进； 5、设计三角自重可控开关，便于蛇体翻到后自动控制轮子的转向，保证蛇体正常行进； 6、感应控制系统：在蛇头前端安装了三个触头，控制转向电机启动，使蛇头转动，实现各电机的自控状态； 7、采用减摩轮法：当蛇体在运动过程中，将滑动摩擦变为滚动摩擦，采用减摩轮可以减轻外界环境对蛇体的刮碰和摩擦； 8、采用多项信息收集法：可以收集声音、温度、位置、影像等信息，对受灾受困人员做出科学的判断，制定出高效、准确的救援方案； 9、表面喷涂热障涂层，提高其在高温环境中的工作能力。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年07月获得《一种多功能蛇形机器人》专利授权； 2010年11月获得《三角自重可控开关》专利授权； 2010年06月依托祥龙专利核心技术，成立黎翔机械设备有限公司，获创业富民基金； 2011年05月获得第九届“挑战杯”XX省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖； 2010年04月获XX省青创会壹万元资助金； 2010年05月在《机电技术》杂志公开发表论文一篇； 2011年11月在《企业技术开发》杂志公开发表论文一篇； 2010年07月获XX省第四届大学生机械创新设计大赛一等奖； 2009年09月获得校学生创新项目伍仟元资助金； 2011年05月获得XX大学“升华杯”科技学术科技作品竞赛特等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 合作开发
作品可展示的形式
- 实物 产品 模型 图纸 磁盘 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
- 一、使用说明： 1、产品组成 本蛇形机器人由蛇头、蛇体、蛇尾组成，节数根据环境设定，暂定12节，蛇体截面为φ50mm，最大轮廓尺寸φ70mm，总长约1600mm。 2、产品运动 “祥龙”在蛇头中段安装有左右转向组件，该组件也可以安装在蛇尾，能够实现蛇体的左右转弯、转向功能。 二、特点及优势： 1.工作环境多样 在先进技术的支持下，“祥龙”高适应性、多功能蛇形机器人可以在地震、火灾、水灾、易燃易爆等多种复杂环境中实施救援。 2.动力充足 采用动车组分散式多动力源，为“蛇”的运动提供充足的能量。 3.智能反应 本机器人可以收集声音、温度、位置、影像等综多方位信息。 4.性价比高 与同类产品相比，本产品性价比高，救援能力强，适合大范围推广。
同类课题研究水平概述
- 近十年来，尤其是“911”事件后，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救援机器人主要可分以下几类： 1、履带式搜救机器人 履带式机器人是为了满足军事侦察、拆除危险物等作业的需要，在传统的轮式移动机器人的基础上发展起来的。他们主要是为了满足军事需要而开发的．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存者。 2、可变形(多态)搜救机器人 为了能进入狭小空间展开搜救工作，要求机器人的体积要尽可能小，但体积小了搜索视野就会受到限制，为解决这一矛盾，近年来在传统牵引式搜救机器人平台基础上，研制出了形态可变的履带式多态搜救机器人。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。 3、仿生搜救机器人 虽然履带式可变形多态机器人可根据搜索空间的大小改变其形状和尺寸，但受驱动方式的限制，其体积不可能做得很小。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。 日本是最早开展蛇形机器人研究的国家，东京科技大学1972年研制出世界上第一台蛇形机器人，其速度可达40厘米/秒，而美国的蛇形机器人研究则代表了当今世界上的先进水平，2000年10月，美国航天局在加利福尼亚装备研制中心展示了一种用于外太空探险的蛇形机器人，它在一些复杂地形进行行走是如履平地，运动十分灵活。 在国内，国防科技大学是我国最早开展机器人研制的单位之一，我国中国科学院沈阳自动化研究所，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。随着技术的不断成熟，相信蛇形、蝇形等仿生机器人会在灾难搜救工作中发挥越来越大的不可替代的特殊作用。
