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大学生科技创新竞赛获奖作品精析:机械机电控制类研究背景及意义

时间:2023-10-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:仿生机器人的设计是一项具有技术挑战性而又富有设计创新性的高科技含量、多技术综合的科学探索工作和技术实现活动。鉴于目前的仿生机器人研究在仿生效果、能源消耗、实际用途、科技应用等各方面仍存在很大的研究空间,因此在仿生研究的基础上,保留机器本身的轮式运动的同时结合生物腿式运动的特点,设计一款同时拥有轮式快速运动和腿式适应性强特点的节肢型机器人是一项有很高研究价值和广阔应用前景的工作。

大学生科技创新竞赛获奖作品精析:机械机电控制类研究背景及意义

仿生机器人的设计是一项具有技术挑战性而又富有设计创新性的高科技含量、多技术综合的科学探索工作和技术实现活动。就目前已有的各种仿生机器人而言,腿式机器人在具有地形适应性强的优点同时,也存在运动速度慢,机体平衡控制困难的不足;轮式机器人机动速度快,但跨越障碍、适应不同地形和机身灵活运动的能力稍有欠缺。鉴于目前的仿生机器人研究在仿生效果、能源消耗、实际用途、科技应用等各方面仍存在很大的研究空间,因此在仿生研究的基础上,保留机器本身的轮式运动的同时结合生物腿式运动的特点,设计一款同时拥有轮式快速运动和腿式适应性强特点的节肢型机器人是一项有很高研究价值和广阔应用前景的工作。当前国外节肢型仿生机器人研究领域中,最具代表性的是日本千叶理工学院设计的HallucⅡ型八足机器人,它具有较为突出的轮式与腿式相结合的运动能力。国内在轮式、腿式功能结合的轮腿式机器人领域已经开展了研究和探索,并取得了众多成果,但在具有极强的轮腿复合运动能力、高度综合轮式与腿式机器人特点的仿生节肢型机器人领域尚未实现重大突破。

针对上述问题,本项目立足于仿生学,以机械结构设计、多电动机协调控制技术、步态规划技术、传感通信技术、软件程序开发技术等关键技术为突破点,完成新型节肢机器人设计研发工作,所设计的新型节肢式机器人(New Arthropod Robot,NAR)应具备以下特点:

1)行进步态多,结合抽象仿生学的原理,在结构和步态设计上有机结合了昆虫爬行姿态和轮式机械行进的特点,使得新型节肢机器人在控制系统的统筹下,根据机器人视觉采集的环境信息,分别采取昆虫的多足爬行、螃蟹的横向侧行、仿人的腿式行走、蛇式的匍匐前进、机车的轮式滚动等多种行进步态。

2)适应性强,采用多关节、多伺服驱动的嵌入式分布控制系统,稳定控制40个电动机,实现多种运动模式、多种运动姿态的完美结合,可适应结构化或非结构化应用环境,具备一机多能特点,且环境信息采集齐全,能在复杂的地形条件下执行多重探测任务。(www.xing528.com)

3)控制方式互补,应用无线数据通信技术构成新型节肢机器人视觉系统,实现了机器人的远程遥控,采用分层递阶的控制体系结构,实现机体自主控制,从而使得远程遥控和自主控制相结合,可根据执行任务的复杂程度采用不同的控制方式,保证机器人具有超强的运动功能和众多的动作方式。

4)集成度高,兼具体积小巧、机动灵活、复杂地形适应能力强、自动平衡能力强、控制稳定的特点;能依靠腿的协调动作来保持机身平稳,弥补轮式机器人不能适应复杂地形的不足;还可凭借轮的统一驱动控制来提高整机的行进速度,实现腿式机器人的快速行进,真正实现仿生学研究中多种生物运动方式的集成优化

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