第一发明人姓名:肖淇

性别:男

民族:汉族

第一发明人所在学校:北京三帆中学

第一发明人年级:初一

第二发明人姓名:连兆轩

性别:男

民族:汉族

第二发明人所在学校:北京师范大学附属实验中学

第二发明人年级:初三

辅导教师姓名:田春华

作品摘要:

*结构组成:

由基于麦克纳姆轮的全方位底盘、自平衡平台和相应控制部分组成。1、 基于麦克纳姆轮的全方位底盘：底盘设计的重点就是灵活，可以在狭小空间运动。近使用近年来应用特别多的一种全向轮-----麦克纳姆轮，它可以实现全方向移动，原地转向，可以满足我们的需求。2、 自平衡平台：联想到4D影院经常用到的动感座椅结构，采用具有俯仰、翻滚、升降三个自由度的并联平台，可以调整自身的角度，并且可以承受较大重量。
*主要特征:

1、四个麦克纳姆轮底盘的设计，两个左旋轮，两个右旋轮，四个电机独立驱动。可以实现前行、横移、斜行、旋转及组合等运动，在有限范围内实现各个方位的直线移动。2、具有俯仰、翻滚、升降三个自由度的并联平台的设计，由三条腿支撑，每条腿由轴承，电动缸，球铰组成。可以调整角度，使平台始终保持平衡的功能。3、智能控制设计，底盘可灵活全方位运动，操纵方便，平台根据路况和陀螺仪的数据，自动调整角度，始终保持水平。
*主要用途:

（1）全方位运动底盘可以帮助人们在家庭中灵活的搬运物品。 （2）自平衡平台加装座位后可以作为老年人的灵活的代步工具并提供舒适安全平稳的乘坐体验。 （3）自平衡平台可以加装摄像头作为家庭移动摄影平台，保持拍摄的平稳，改善画面质量。
*创新点:

1、基于麦克纳姆轮的全方位移动平台可以实现全方位运动；2、三自由并联可以实现升降、翻转、俯仰三个自由度运动；3、陀螺仪与并联平台形成闭环控制，实现平台的自动平衡。

*问题提出:

日常生活中，经常会遇到一些情况：家庭中，一些比较重的物品要搬运，而家里空间狭小，小拖车运输又不方便时；家中有老人或病人乘坐轮椅而空间狭小转向不灵活、轮椅上下坡时座椅姿态不能保持水平而乘坐人员容易摔倒；贵重物品需要平稳的搬运时；使用摄像机拍摄影像，由于手持摄像机在运动过程中的抖动导致画面质量下降……这时候，如果有一款机器人可以帮助辅助人们完成这些事情，生活就会变得很便捷。
*解决方案:

详细设计方案分为机械系统设计和控制系统设计。1、机械系统设计 机械系统设计分为底盘设计和自平衡平台设计。 （1） 基于麦克纳姆轮的全方位底盘设计 麦克纳姆轮一般是四个一组使用，两个左旋轮，两个右旋轮，分别用四个电机独立驱动。可以实现前行、横移、斜行、旋转及组合等运动，在有限范围内无需转向就可以实现各个方位的直线移动。 （2）自平衡平台设计 根据自动调整平衡的需求，具有俯仰、翻滚、升降三个自由度的并联平台可以满足要求。平台由三条腿支撑，每条腿由轴承，电动缸，球铰组成。2、控制系统设计 控制系统设计分为底盘控制和自平衡平台控制。 （1） 全方位运动底盘控制 底盘控制部分以STM32单片机为核心。通过方向控制手柄给出方向信号，由STM32的自带A/D转换器转换成数字信号给单片机。单片机识别出方向信号之后，根据麦轮的运动规律给直流电机驱动板发出控制命令，驱动轮子电机旋转。 （2） 自平衡平台控制 该部分使用陀螺仪传感器采集平台的位姿状态信息。相关参数串口送至STM32处理器进行运算，计算出当前平台的平衡状态，生成控制参数送至电机驱动器驱动平台电机旋转，带动相关机构运动，改变平台的姿态。
*使用或试用效果:

家用平台实验装置组装完毕后，进行调试实验，启动后，操作人员通过手柄或手机APP控制平台前后左右全方位移动，平台在不同路况都可以自动调整水平。实验效果良好，操作方便，运动可靠，达到了预期目标。
*优点:

1、麦克纳姆轮的采用，可以灵活地在狭小空间全方位运动。2、三个自由度的并联平台，具有俯仰、翻滚、升降的动作，可以调整自身的角度，并且可以承受较大重量。3、独立智能控制，底盘可以操纵手柄或手机APP全方位灵活运动，平台可以在崎岖不平的路况下自动调整，保持平衡状态。
*还需进一步研究的问题:

1、实现使用机械臂实现物体的抓取。2、加入更多的传感器实现对环境的感知和避障。

作品图片:

查新说明:自我查新结论：新颖

在一些权威文献和专利数据库查询，未查到与本课题相同的文献和专利。