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北京市西城区广安门
内广义街5号广益大厦
大赛作品详情

作品名称:智能勘测机器狗
学校名称:唐山学院
参赛队伍:CTRL
参赛学生:李硕 张程浩 盛兴  
指导老师:崔钺  

详细说明

一、开发背景

随着时间的推移,科学技术在日新月异的变化着.越来越多的新奇产品被人类所创造,机器人也随着科技水平以及制造工艺的提升迅速发展。在最初阶段机器人的功能相对单一,用途也主要集中在工业方面,不过依托科技的进步,机器人的应用越来越广泛。不仅有替代人类从事重体力工作的工业用机器人,还出现了代替人类进入火灾、矿难、核污染等危险环境中的救援机器人、帮助医生完成精密手术的医疗类机器人、进入外天空或者海底的科研类机器人甚至还有用作战争方面的军事类机器人,而在智能化不断推进的今天,越来越多的机器人开始服务于普通家庭,如扫地机器人以及用作教育的交互类机器人。而机器狗主要工作环境为复杂的勘测环境。利用机器狗感知部分收集的信息构建所处环境的地图,实现自身定位,然后通过路径规划完成导航工作;通过优化各相关算法以及硬件设计,使其可以进行更深入层次的开发,在保障机器狗的稳定性以及鲁棒性前提下,尽可能提高机器狗的智能化程度以及执行力

二、结构说明

主要为三大结构:腿部结构 机体结构 机械臂结构

1.腿部结构:机器人腿部的结构主要是模仿了哺乳动物的腿部结构,主要由腿部的节段和旋转关节组成。在四足哺乳动物中,腿部是由肌肉驱动的,能够将生物新陈代谢的能量转化为机构的驱动能量,较长的后腿和较短的脚后跟(如猎豹)能够提供一个较高的传动比(R/r),提供了更高的能力实现高的加速度。因此,在设计时,机器人腿部的设计也是基于四足哺乳动物的生理结构,使用连杆代替腿部的骨骼,使大扭矩电机来代替腿部的肌肉,同时保证了较高的传动比,来提高机器人的性能。

2.机体结构:机体的整体结构采用三角形结构,从而可以防止平行四边形的易变形的缺点,增加了机体结构的强度。同时,机体中使用了五根相同的空心钢管,其外径为 20mm,内径为12mm。在提升强度的同时减轻重量。由于在任意方向上都有两根以上的钢管支撑,因此机体的抗弯抗扭性都可以得到提升。在机体的前中后部分安装有四块钢板,其作用主要是固定侧摆关节的轴承座,同时连接各钢管。钢板在非受力部分采用镂空结构,以减轻重量。钢板的厚度为 6mm。机体的上部安装有两块固定铝板,其作用是安装侧摆关节电机,同时连接相邻的两根钢管,起到固定的作用。同时,在铝板也为电机驱动系统的安装提供了空间。   

3.机械臂结构:立柱为薄壁铝管制成,内部安装关节的回转轴及其轴承,轴承座等。大臂与小臂的结构很相似,都由作内部骨架的铝铸件与作臂外壁的薄铝板件一相互铰接而成。大臂内部装有关节、的驱动电机,对应的传动齿轮组,关节、都采用锥齿轮或圆柱直齿轮减速,其中锥形齿轮用以改变传动方向。第二、三级均采用圆柱直齿轮。关节、分别用传动链的最末一个大齿轮固定在立柱或小臂上。关节采用三级齿轮传动,第一、二级为锥齿轮,第三级为直齿轮。关节、、的齿轮组,除关节的第一级齿轮装在小臂内,其余的均装在手腕内部。手腕外形为半径一的近似球体,齿轮轴相互穿插。
三、功能与使用说明:

1.用于勘探;智能勘测机器狗因为采用灵活机械腿设计,结合大扭矩电机全方位移动的特点,能够较好地应对大部分复杂地形,因此平衡性高,同时该机器狗还搭配摄像头雷达等仪器这些仪器便于在各种环境中分析地形采集数据同时装有机械臂可进行一些实物采样等活动。

2.用于救援:智能勘测机器狗可以代替人工进行一些危险的操作且使救援的效率有所提高,他有许多不同的功能也可以在不同的环境下进行使用较人工来说更实用机械爪上的摄像头进行识别物体,由单片机控制机械臂以合适力度进行抓取,能够代替搜救人员进行长时间的任务执行,大大提高搜救效率,也可以降低搜救人员的搜救强度,提高人员在搜救时的安全性。

3.用于特种工程:机械狗可以在人类无法进入的危险领域工作,比如核电领域的操作和应急处理。四足机器人的智能机械臂可以像人类一样识别和控制阀门仪器,工程师可以远程控制和解决问题。在一些遗留地雷区,可以用能在复杂地形中移动、使用智能手臂排雷的机器狗代替人类完成危险的排雷任务。

四、作品应用环境

  机械狗可以在人类无法进入的危险领域工作,比如核电领域的操作和应急处理。四足机器人的智能机械臂可以像人类一样识别和控制阀门仪器,工程师可以远程控制和解决问题。在一些遗留地雷区,可以用能在复杂地形中移动、使用智能手臂排雷的机器狗代替人类完成危险的任务。
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