基本信息
- 项目名称：
- 肢体运动模仿机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 这件作品为仿人类双手手臂的类人机器人。该机器人的控制方式为，通过穿戴在人体表面的外骨骼控制器，将人类手臂的灵活运动方式转化为机械臂的运动，从而达到灵活控制机械臂的目的。 这种控制方式的特点是，能够用最便捷的方法简单方便的完成对机械臂的控制。对于控制多臂大型机械有着它独有的优势。
- 详细介绍：
- 该作品的主要特点为控制方式的创新，相信大家看到它的第一眼，就会联想到前不久上映的科幻电影《阿凡达》。因为，这件作品和电影中的机器人的控制方式如出一辙。我们制作了能够穿戴在人们身上的外骨骼控制器，控制器的整体就如一个人体上身的骨骼一样。在控制器的关节上安装有角度传感器，通过对外骨骼的关节处角度的数据采集，经过单片机的处理后，给伺服电机相应的信号，从而完成对机械臂的控制。 这种控制方式虽然比较简单。但是，对复杂的机械臂运动的控制有着它独特的优势。现在，大多数的机械臂的运动控制方式为程序的直接控制，程序过于复杂且较容易出错，一个精密械臂的控制往往需要配备多台计算机进行控制。采用类似这种主从机器人的控制方式使电路更加简单，从而整套设备的维护成本也大大降低。对环境的的要求也大大降低，满足了工程机械的一般工作环境。
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
- 现在社会飞速发展，而一些大型工程的建设速度往往可以影响一个国家的经济发展速度（比如我国的三峡大坝）。而这些大型工程的建设必然离不开大型机械的参与，其中就有我们所关注挖掘机。 目前挖掘机的控制还是由人来操纵摇杆进行挖掘动作的完成，这不仅需要操纵人员拥有良好的技术，还要有精密的配合。这就使得这类机器的工作效率大打折扣，因此也就出现了一个挖掘机高级驾驶员难以寻找的现象，有些公司即使花重金也无法聘请到高级挖掘机驾驶员。 而我们这个作品的第一期目标就是，简化这种复杂的操作。大家都知道人体本身就是一个构造十分紧密，配合十分协调的结构体。无论多么灵巧的结构都没法与它媲美，我们为什么不运用现成的复杂结构体去控制一个简单的结构体呢？因此我们的第一期目标就是能够利用简单的结构将人体手臂的运动同步于挖掘机机械臂的运动。 这个作品的第二期目标，就是利用人体去控制一个人形机器人，这个机器人将会完全复制人体的各种运动，并且可以把机器人自身的运动实时的反馈给操作者，以便于及时调节机器人的形态。这个项目主要是为了未来研制大型救援或工程人形机器人的控制问题做一些探索性的研究。
科学性、先进性
- 利用主从机械臂的原理，将人体手臂的灵活运动反映到机械臂上，是原本十分笨拙迟钝的机械臂能够灵活的运动并完成相关活动。肢体仿生系统的突出特点就在于它将人类对肢体控制的智能型与灵活性完美的反应到了笨重的机械上，虽然人体的操作精度还没有办法和现在能精确到毫米级的工业机器人相比，但像应用于工程的大型挖掘机、灌浆机等不需要毫米级的精确度。这类机械的工作效率往往又决定了整个工程的进度，而肢体仿生系统的应用就能够极大的提高这类大型机械的工作效率进而能够迅速的完成工程。 如果此系统以后在大型机械上能够应用成功，必将引起新一轮大型工程机械的革新，原本需要多人协调才能完成操控的大型机械一个人就可以轻松完成，既提高效率，又能够节省人力资源。此系统能在自动化机器人日渐成熟的今天之所以能有其立足之地，就在于它巧妙的绕开了智能机器人开发的最为困难的一个部分——机器人自动控制问题，没有复杂的控制程序，没有复杂的传感系统，也不用高速计算机提供支持，只要是健康的人就可以自如的控制大型机械，就像是自己的手臂去工作
获奖情况及鉴定结果
- 此作品获得兰州理工大学2010年科创资金的支持，通过项目组所有成员共同努力，最终完成了项目所预期的第一期目的，实现了对机械臂的实时控制，在随后接下来的时间继续努力，现已完成第二期的目标。
作品所处阶段
- 实验探究阶段，已经完成基础模型的制作。
技术转让方式
- 本项目正在申请国家发明专利过程中，若有生产厂商愿意投资生产，愿以技术入股的方式进行技术转让
作品可展示的形式
- 可进行现场的实物展示。
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
- 为大型机械的控制方法提出一种崭新的模式。有利于提高此类机械的工作效率以便于适应社会的快速发展，并有可能给人们的生活带来许多便利。 如果能够在挖掘机、灌浆机等大型工程机械上广泛运用这种技术并对其进行改造，就可以显著提高这些工程机械的工作效率，因此人体仿生系统具有很大的市场潜力。
同类课题研究水平概述
- 人们都知道，世界上最灵巧的机构都是人类自身，因为多么复杂的机械系统都是人类去创造的，肢体仿生系统，通俗的说法就是一个利用人体本身优异的协调和灵活性去控制一些动作复杂而且十分笨重不易操控的大型多关节工程机械或者机械臂，这样既解决了控制的复杂性，又减小了由于操作失误而引发事故的可能性！ 1980年美国中心研究实验室生产了13种型号的主从机械手 中国科学院沈阳自动化研究所 ，1995.12.26申请了“主从机械手通用型主手装置”的专利。 斗山集团的主从式挖掘机。其控制原理为：采用一种主从方式的控制形式，即通过手指、手腕、大臂分别对应控制铲斗、斗杆与动臂;通过小臂的左右偏转来控制挖掘机的回转。在操作过程中，当操作者(主控制方)的相应关节动作后，计算机采集到该信号，并与安装在挖掘机(从控制方)上的角度传感器的信号进行比较。如果存在偏差，则发出遥控信号控制挖掘机消除偏差，从而达到控制挖掘机的目的。由于其原理是点到点控制，因此在同步性上存在误差。 这是现在正在验证阶段的应用案例。
