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专利简介
本发明公开了一种空间非合作目标无接触消旋辨识装置及方法。该装置包括工作航天器、电磁铁旋转装置和机械臂;机械臂的固定端设置在工作航天器上,机械臂的驱动端与电磁铁旋转装置连接;工作航天器控制机械臂驱动电磁铁旋转装置,使电磁铁旋转装置与空间非合作目标之间的距离在预设范围内;电磁铁旋转装置用于对空间非合作目标进行消旋操作;工作航天器用于获取空间非合作目标的图像以及电磁铁旋转装置受到空间非合作目标的反作用力,并根据图像和反作用力确定空间非合作目标的参数。采用本发明的装置及方法,在不接触非合作目标的情况下,采用电磁铁对目标进行消旋操作,并且能够进行目标参数的辨识。
温馨提示
此专利适用于积分落户、高企申报、中考加分、自主招生申报、获得大学学分。
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智能仿鸟扑翼飞行机器人
合作方式:☐整体转让 ☐技术许可 ☐作价入股 ☒合作开发 ☐其它_____成果简介:智能仿鸟扑翼飞行机器人的设计灵感来源于自然界中鸟类的飞行模式,通过机翼拍打空气的反作用力产生升力和推力,具有低能耗、隐蔽性强、高机动性等优势。智能仿鸟扑翼飞行机器人集仿生学、空气动力学分析、机械结构、能源、通信、控制等多学科技术于一身。以鸽子为仿生对象,通过研究鸽子的飞行机理,构建了仿鸟扑翼空间机构,实现了多自由度仿生扑翼运动;通过对鸽子飞行策略的研究,构建了“感知—导航—控制”一体化系统,实现了仿鸟扑翼飞行机器人的高效自主飞行;通过模仿生物鸽群编队机制,提出了仿鸟扑翼飞行机器人集群协同控制方案,提升了仿鸟扑翼飞行机器人协同侦察的能力。所研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人融合了高精度传感设备、智能飞控系统、自稳云台系统、WIFI 通信模块、航拍及地面站等模块,具备自主飞行、目标跟踪能力,能够实现地图构建、路线规划、实时航拍、图像回传等功能。成熟程度及推广应用情况:已投入成本:1000 万元。推广应用情况:智能仿鸟扑翼飞行机器人融合了位姿控制、自稳云台系统、航拍及地面站系统等技术,充分发挥了其高仿生性、低能耗的优势,在农田驱鸟、野外监控等应用环境推出了定制化业务。期望技术转移成交价格(大概金额):3000 万元。技术优势:不同于固定翼和旋翼飞行器,扑翼飞行器通过扑动推进方式可充分利用空气动能,具备更高的空气利用效率,可显著提高续航能力。所研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人具有高仿生性,可充分发挥其隐蔽性强的优势,完成一些高原、城市等场景中的隐蔽侦察任务。同时,智能仿鸟扑翼飞行机器人配备有仿生视觉系统,具有灵敏度高、视场大、探测距离远以及识别精度高等优点。另外,智能仿鸟扑翼飞行机器人具有极好的智能性和功能化,集成的高精度传感器可提供准确的状态信息,自主研发的智能飞控系统保证仿鸟扑翼飞行机器人具备稳定自主飞行能力以及良好的环境适应能力。图像回传功能可提供局部区域实时图像信息,为环境监控、区域搜索等任务实施提供有力保障。此外,多台智能仿鸟扑翼飞行机器人可通过 WIFI 通信模块完成自组网、自规划,形成规模化协同工作模式,显著提高任务完成效率。性能指标:样机翼展≤70cm,质量≤250g,负载能力≥100g,续航时间≥30min,可搭载摄像头、微型云台等装置;具有遥控飞行和自主飞行两种模式,具备自主避障、实时航拍、图像回传等功能;可实现不少于 3 架的智能仿鸟扑翼飞行机器人集群编队飞行。市场分析:从国内外无人机市场来看,无人机的应用需求正在逐步增加。目前全球共有超过 500家无人机公司,主要以固定翼和旋翼无人机为主。扑翼飞行机器人作为一种新型仿生无人机,在军事和民用领域具有广泛的市场前景,发展潜力巨大,是开拓市场较好的选择。智能仿鸟扑翼飞行机器人首先在农作物保护方面具有良好的应用前景,利用其高仿生性能,通过设计猛禽外观和配备蜂鸣器发出猛禽叫声进行驱鸟,保护农作物。经济效益分析:近年来,随着人工智能技术的不断完善,无人机行业得到了快速发展。智能仿鸟扑翼飞行机器人涉及科技领域广泛,包括结构设计、新型材料、微机电系统整合、电子通信等,能够促进微电子、精密加工、新型材料制造等行业的发展,从而带动社会经济的发展。随着军事侦察、环境监管、地形勘测、娱乐教育等多元应用需求的增加,也会加速提升智能仿鸟扑翼飞行机器人的技术规格,扩大商机。同时,随着政府利好政策的持续出台,无人机市场进入了健康发展期,智能仿鸟扑翼飞行机器人的应用市场场景将会不断拓展,市场需求不断攀升,能够带来可观的经济效益。成果亮点:1. 具有自主知识产权,研究成果已授权发明专利 13 项,申请 30 项。2. 成果来源:国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金杰青项目、装备预研教育部联合基金项目、国家自然科学基金面上项目等。3. 技术先进性:国际先进,国内领先。团队研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人机身设计中大量采用柔性材料,具备高仿生外形;尾翼具有两个自由度,能够实现稳定姿态控制。智能仿鸟扑翼飞行机器人搭载团队自主研发的智能飞控系统,可实现稳定自主飞行。设计了仿生视觉系统,提高了目标检测、识别、跟踪的效率和精度。自主研发了微型云台,有效消除了智能仿鸟扑翼飞行机器人飞行过程中机翼振动引起的航拍图像抖振问题。4. 获奖情况:教育部自然科学一等奖;吴文俊人工智能科学技术奖自然科学一等奖。
行业:其他农业
基于精密测量技术的检测设备
一、团队(专家)简介精密工程研究所成立于1996年,其前身为机械学机制教研室公差组、微型技术教研室、精密技术教研室,是机械工程和仪器科学与技术两个一级学科博士学位授权点和博士后流动站。是机械制造系统工程国家重点实验室、高端制造装备协同创新中心、机械工程以及仪器科学与技术博士点和博士后流动站的组成单位,同时筹建有“微纳制造与纳米测试技术”高等学校学科创新引智基地、“微纳制造与测试技术”国际合作联合实验室、陕西省微型机械电子系统(MEMS)研究中心、陕西省微纳传感器工程技术研究中心,有力地支持机械工程和仪器科学与技术两个一级学科的建设和发展。 研究所共有教师及职工44名,其中教授10人、副教授9人、讲师(博士)13人,助理研究员11人。教师队伍中有中国工程院院士1名、国家杰出青年科学基金获得者1名、国家科技创新创业人才1名、国家“百千万人才工程”入选者1名、中组部“**”入选者1名、中组部青年千人1名、国家优秀青年基金获得者1名、教育部新世纪优秀人才7名。团队成员荣获首届全国创优争先奖、何梁何利科技进步奖、全国优秀科技工作者、中国机械工程学会青年科技成就奖、陕西省青年科技奖、陕西省青年科技标兵、西安科技人才奖等荣誉称号各1人次。研究所研究方向包括:微纳机械电子系统与微纳米测试技术、微纳制造与先进传感技术、超精密加工技术与装备、精密测量技术与仪器、生物制造与仪器等。二、团队项目1、零件多几何要素在线快速检测仪 负责人:李兵(1)项目简介--97--西安交通大学国家技术转移中心该项目以研发在复杂环境下多几何要素高精度检测专用机床为业务核心,面向精密零件加工质量检测市场,定制零件的形位误差检测设备,并开发相应的检测系统。 课题组先后研发了两台不同型号的零件多几何要素在线快速检测仪,此两款设备适用于批量化自动生产线,可在生产线上对加工完成的零件进行快速自动化测量,剔除不合格零件、优化生产线加工过程。该快速检测仪主要由孔位置度测量部、精密气动测量部、平行度测量部、精密回转平台、电器集成柜等部分组成,集孔组位置度测量、孔径测量、孔的圆度及端面平行度测量于一体,实现多几何要素的在线快速测量。图1零件多几何要素在线快速检测仪(2)技术指标(性能参数)①孔径测量:测量尺寸:55.00mm(可定制不同尺寸规格);测量误差:≤0.002mm;重复性精度:≤0.001mm;测量节拍:≤40s;--98--西安交通大学国家技术转移中心②圆度测量:测量误差:≤0.001mm;重复性精度:≤0.001mm;测量节拍:≤10s; ③孔组位置度测量:孔径尺寸:55mm(可定制不同尺寸规格)测量精度:±0.003mm;重复性精度:≤0.0025mm;测量节拍:≤10s; ④平行度测量:测量误差≤0.001mm;重复性精度:≤0.001mm;测量节拍:≤10s;(3)市场前景及应用项目团队在李兵教授的带领下已掌握了精密零件检测成套化技术并具备工程化能力,相关测量系统已经应用于减速器零部件的检测中。应用案例:可用于工业机器人减速器生产线上,检测减速器关键零件摆线轮和行星架的加工质量。主要可完成圆周等分孔位置度测量、孔径及圆度测量、端面平行度测量等,测量节拍快、准确度高,实现在自动化生产线的进行零件加工质量检测,效率高。测量过程如下:图2等分孔组位置度测量--99--西安交通大学国家技术转移中心图3孔径及圆度测量图4平行度测量本课题成果还将为我国数控机床、医疗检测设备、风力发电机等同样受制于精密减速器的相关行业发展提供保障,有利于促进这些行业进行技术创新,实现相关行业的转型升级。(3)技术成熟度□概念验证□原理样机工程样机中试产业化目前已实现了在线快速检测仪的联机调试,实现了摆线轮320E和行星架320E零件的在线测量,具备高可靠性和稳定性。同时也进行了其他型号零件检测的预研设计工作,面向不同的零件型号、不同测量需求进行测量技术储备,同时,可根据客户具体需求进行定制化设计,并提供产品。2、四坐标叶片型面测量仪 负责人:李兵(1)项目简介叶片型面测量与分析不但是保障叶片出厂质量的重要手段,同时也是检测和评估已服役叶片表面缺陷的主要途径。测量仪由:机械模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块和数据显示模块组成。在数据处理模块中应用了当前国际先进的点云处理方法,实现了点云配准、点云去噪、点云精简及三维点云重构等功能。--100--西安交通大学国家技术转移中心三维建模图实物图(2)技术指标(性能参数)1、型面检测精度:≤±5µm2、型面检测平均效率:航空发动机叶片≤10min 汽轮机及燃气轮机叶片≤15min叶片实物测量过程(3)市场前景及应用项目团队在李兵教授的带领下经过十余年公关已掌握了相关核心技术并具备工程化能力,相关性系统已经应用于航天发动机叶片、汽轮机及燃汽轮机叶片的型面检测。主要可完成两方面功能。 ①叶片三维轮廓--101--西安交通大学国家技术转移中心该系统可实现叶片的全数据测量,分析形状轮廓参数和和特征尺寸参数,评定叶片型面质量。其中,形状轮廓参数包括:型面型线误差、倾斜度误差、弯曲度误差和扭曲度误差等;特征尺寸参数包括中弧线、前后缘点、前后缘半径、前后缘厚度、弦线、弦长、轴弦长、弦倾角、最大厚度等。 ②叶片表面缺陷该系统可对叶片型面上存在的表面缺陷进行检测,分析出表面缺陷的三维轮廓尺寸,并对缺陷等级进行评估。评估结果可为叶片后续维护提供参考。航空发动机燃气轮机汽轮机叶片型面(4)技术成熟度□概念验证□原理样机工程样机中试产业化四坐标叶片测量系统已完成工程样机并对航空发动机及燃气轮机叶片型面进行检测,实现了叶片型面的三维重构,并完成了叶片型面质量评估及表面缺陷的评定。测试结果验证,其具备高可靠性和稳定性。 同时,可根据客户具体需求进行定制化设计,并提供产品。--102--西安交通大学国家技术转移中心3、轴类零件轴径高效高精度自动测量仪 负责人:李兵(1)项目简介本项目主要研究轴径检测技术,并开发相应的检测系统以及硬件平台,研制了轴类零件轴径自动测量仪。本自动测量仪主要由双立柱测量单元、双光幕传感器测量单元、IO控制模块、数据采集模块、串口通信模块等部分组成。图1三维模型图图2实物图本测量仪在测量过程中可实现手动测量及全自动化测量(与机械手交互),可进行多种轴类工件(光轴、阶梯轴、异形轴和偏心轴等)的轴径测量,且可实现对同一个轴件的多个截面的轴径测量。测量过程中通过传感器的光幕截取工件的截面后未被遮挡边缘测量,测量精度高;测量单元的一个测量周期不超过一分钟,测量效率高;下顶尖部分的摆缸可旋转,能实现工件同一截面处的轴径的多角度多次测量,测量可靠性、稳定性高。 (2)技术指标(性能参数)测量范围0-60mm(可扩展为10-70mm,类推),公差带0-0.010mm测量精度:±1μm测量节拍:1min 重复性测量精度:≤0.5μm(3)市场前景及应用在工业产品中,轴类零件是经常遇到的典型零件之一,主要用于支撑传动零--103--西安交通大学国家技术转移中心部件,传递扭矩和承受载荷,几乎是任何机械设备中不可缺少的核心零件。提高轴类工件的检测效率及测量精度对于推动我国工业化的进程具有重要的影响。 本自动测量仪可测量大范围内的多种规格轴类零件的直径,可实现同一零件上多段轴径的测量,且测量节拍快,测量精度高,重复性精度好,自动化测量功能对于批量化检测轴类产品具有重要的意义。 应用案例:可用于阶梯轴的轴径测量。测量过程中,对于大批量多型号的产品,能够实现阶梯轴的在线自动检测,在测量仪的双光幕测量单元的一次测量周期中可以精确地测量出阶梯轴各段轴径,并通过数据分析及时分离出不合格零件,并对合格工件分组,可优化产品检测分组流程,提高工作效率。对于小批量工件,可使用手动测量流程操作测量仪来对产品轴径进行精确测量,并能在软件界面查看结果分析。图3工件测量过程(4)技术成熟度□概念验证原理样机工程样机中试产业化目前已完成测量仪的硬件设计及软件开发,测量仪可以正常运行,进行大范围多种规格多段轴径的测量,具有高可靠性和稳定性,重复性测量精度良好。自动化生产线上,测量仪与机械臂的自动交互,现阶段正在调试中,调试完毕之后可实现大范围多规格多段轴径的全自动化快速测量。--104--西安交通大学国家技术转移中心4、机器人关节减速器关键零件精密测量负责人:丁建军机器人关节减速器以RotateVector(RV)减速器和谐波减速器最为常见。RV传动减速器因为克服了传统针摆传动的缺点,且具有定位精度好、效率高、体积小、质量轻、传动比范围大、传动平稳、精度保持稳定、寿命长等优点,已成为未来机器人高端精密关节减速装置的发展趋势。 应用复杂型线型面测量中心配备三维光栅扫描测头对针齿壳、摆线齿轮、高精度偏心轴等复杂型线工件进行检测。这类工件测量参数除基本齿轮参数外,还有离散型线坐标点数据。在开始测量前将基本参数输入参数设置栏,并加载型线数据,测量软件将笛卡尔坐标系下型线数据点转化为圆柱坐标系的坐标点,根据基本参数设置测量初始半径,要求测头在该位置的变形矢量方向与理论型线法向一致,开始初始规划数据采集检测,随后进入自适应路径规划阶段,并要求全部测量过程测头受力及方向在小范围内变化,从而实现以上工件的全自动高精度检测。--105--西安交通大学国家技术转移中心5、螺杆转子精密测量负责人:丁建军本项目关注于螺旋转子的精密检测技术的研究。螺旋转子是螺杆压缩机的主要零件。螺杆压缩机结构简单,易损件较少,能够承受较大的压力差或压力比,适应性强,噪声和振动低,运转可靠,输气量调节性好,操作维护简便。对螺杆压缩机核心零件制造精度的严格控制是实现这些良好性能的基础。上世纪60年代以来,螺杆压缩机在国外大量应用于空气动力、空调、工业制冷、冶金、矿山等领域。目前,在欧美等发达国家的制冷压缩机市场螺杆式压缩机开始逐步取代传统的活塞式机型成为标准配置。我国是上世纪八十年代才开始在国外进口样机的基础上生产螺杆压缩机产品的,如今已能在一定程度上解决国内市场需求。 螺旋转子的表面是极为复杂的螺旋曲面,其精度、表面质量的高低也会直接影响到螺杆压缩机的整体性能。一对转子工件啮合时,如果其螺旋型面误差过大,会影响压缩机内部吸气排气的正常进行,造成气压泄露,影响压缩效率,减小系统工作压力。为保证螺旋转子的加工精度,必须要对该零件进行精密检测与质量控制。 本项目以高精度四轴联动测量平台为基础,配备雷尼绍高精度三维测头,完成了螺旋转子三维自由型面的精确检测。在齿廓型线测量中,以等弧长采样思想控制测头的采样路径和采样方式,从而实现测点遍历齿廓型线,真实而完整的反映了转子的齿廓信息;齿向和周节的测量,采用W轴和X,Y轴联动的方式,精确控制测头采样路径,相对于三坐标测量机,该测量方式可以精确控制和记录转台的相位信息,更符合转子的齿向和周节的实际误差信息。图5-1螺旋压缩机外形及内部结构图5-2不对称型线螺旋转子零件--106--西安交通大学国家技术转移中心图5-3阳极转子检测实例及测量报告6、齿轮与刀具精密测量负责人:丁建军本项目在数控系统、伺服驱动系统以及机械系统等三个方面开展全新的选型设计,开发出可达到VDI/VDE2612/2613I级精度标准的齿轮与刀具精密测量系统,可以测量1级以上精度的齿轮及齿轮加工刀具,相较国内同类产品测量效率提高4倍。 本测量系统从机械结构和材料两个方面进行全新设计,并采用如有限元等现代设计方法进行分析,提高结构的稳定性和可靠性。在结构上,关键零部件采用了花岗岩材料,可以明显降低温度对系统精度的不利影响;在导向结构上,应用--107--西安交通大学国家技术转移中心标准精密直线导轨取代了非标密珠直线导轨,不仅简化了结构的安装工艺,还提高了系统的模块化程度,使得同一零部件在不同型号设备上具有一定的兼容性;采用ANSYS分析机械结构精度与温度变化的关系,通过结构的优化设计降低温度对系统机械精度的影响。 数控系统是CNC齿轮测量机的关键技术。与已有的国产测量中心数控系统相比,本项目所开发数控系统具备:①三维模拟量测头接口和高速数据采集通道,为齿轮测量机选用三维测头提供了技术支持;②支持直线电机驱动单元,实现了直线轴的全闭环控制,提高了运动控制精度和系统动态响应频率,最终提高了齿轮测量中心的测量精度和测量效率。 伺服驱动硬件上采用直线电机,实现的“零”传动,消除了丝杠对导轨导向精度的影响,由于没有了传动环节,定位精度可以得到显著提高,消除了齿轮等传动背隙对定位精度的影响;主轴旋转电机采用直驱电机,通过连轴器直接驱动主轴旋转,达到精密定位的要求;选用智能伺服放大器,实现工作台与驱动器之间的闭环控制,同时在控制器与工作台之间形成第二层闭环控制,提高系统的伺服控制精度。--108--西安交通大学国家技术转移中心7、复杂齿轮三坐标测量分析技术负责人:丁建军(1)项目简介复杂齿轮因其平稳可靠的传动、较高的承载能力等优点被广泛应用于航空航天、航海、汽车、拖拉机等。齿轮的加工精度直接影响着其寿命和可靠性,因此,对齿轮的各项参数的检测就显得至关重要。由于其齿面是一个十分复杂的空间曲面,其检测技术不如普通齿轮成熟,且复杂齿轮的专用检测仪器依赖进口,价格昂贵,技术封锁,难以实现推广应用。 本项目基于三坐标测量机开发了可用于弧齿锥齿轮等复杂齿轮精密检测的测量及分析技术。应用该技术可利用三坐标测量机实现齿轮工件的齿廓偏差、螺旋线偏差、齿距偏差的精密测量。 (2)市场前景及应用齿轮的用途很广,是各种机械中重要的零件,近年来齿轮的设计和制造以及检测取得了显著的进步,在复杂齿轮的检测技术方面与国际上水平相差甚远。本项目从复杂齿轮的齿廓曲面成形过程出发,推导出齿面方程及齿面法向方程,并建立数学模型,完成对测量路径的规划。微位移传感器根据规划的测量路径运动,传感器示值的变化会反应出理论规划路径和实际齿面的差异,即实际齿面的误差情况。8、叶片型面精密测量负责人:丁建军叶片是航空发动机的关键零件,其需求数量巨大,叶片的几何形状和尺寸决定着叶片的工作性能。叶片的型面质量对发动机的二次流损耗有着较大的影响,直接影响着其能量转换效率。随着发动机性能的不断提升,如何高效制造出合格的叶片成为目前的一个研究热点,而检测是保证制造精度的重要手段。因此在发动机零部件的检测中,对叶片型面检测精度和检测效率的要求也越来越高,叶片型面的检测具有十分重要的意义。 目前国内对于航空发动机叶片的检测仍然以标准样板检测为主要手段,但此方式检测效率较低,远无法满足生产周期的要求。本项目采用数字化检测方式,--109--西安交通大学国家技术转移中心根据设计将叶片表面的形状转换为离散的几何点坐标数值,可以接触式和非接触式两种方式进行。接触式的以扫描测头实现沿着叶片叶身型面的连续扫描测量,具有数据测量精度高的特点。该测量方式具有测量速度快、分辨率高的特点。通过以上所采集的数据可以高效准确的完成叶片复杂曲面的建模,最后完成误差结果分析。 随着C919国产大飞机的试飞成功,国际上形成了以Airbus、Boeing、COMAC为代表的国际市场竞争新局面。国产大飞机的发展前景良好,将会逐步形成我国的民机产业。航空发动机是飞机的心脏也是飞机制造中的难点,其中航空发动机的叶片在航空发动机的制造中占据了约30%的比重。航空发动机叶片的制造与检测对于保证航空发动机的质量有着重要的意义,有着良好的市场前景。9、精密轴件光学快速测量负责人:丁建军随着汽车工业的飞速发展,轴类零件的质量控制要求在不断提高,以降低燃料消耗、环境污染和噪音排放。针对零件的精确测量越来越重要,零件只要超差而未被识别出来,通常会导致整个总成发生故障,生产厂家也会被退货。因此,越来越多的厂家要求进行百分之百的零件检测。 本项目结合接触式和光学矩阵相机两种测量模式实现发动轴类零件的快速精确检测,可以将测量时间缩短至传统测量方式所需时间的1/5~1/8。该测量系统所配备的接触式电感测头可用于凹形的轴类轮廓、轴向跳动、轴向上的参考元素和盲孔等。光学矩阵相机可在很短的时间内测量例如直径、长度、半径、形位公差、凸轮轴(典型轴类应用)角度误差和凸轮轴升程等特征。该系统采用的模块化结构,能使其按照不同的测量任务,提供最理想的范围和组合。三、合作方式联合研发技术入股□转让授权(许可)面议
行业:专用仪器仪表制造
压电精密驱动控制系统
一、项目简介团队依托西安交通大学航空航天学院机械结构强度与震动国家重点实验室组建,以学院副院长、实验室主任徐明龙为带头人,经过十余年的积累,在压电驱动原理、驱动方案、驱动结构、驱动控制等方向取得了丰硕的研究成果与深厚的应用经验。形成了多自由度精密作动平台,大行程高精度作动器件、驱动控制算法与硬件三个方面系列化成果,在压电驱动的精密作动领域能够提供国际领先的压电精密驱动解决方案。图1团队压电驱动解决方案二、多自由度精密驱动平台1.二自由度精密组东平台在卫星光通信中,两自由度精确指向调节结构用于快速调整角度的精密偏转定位机构,它是用于精密瞄准,相对于传统光学伺服系统,其精度和带宽都有大幅度提高,弥补了传统光学系统惯量大、带宽窄的缺陷,因此这种机构在军事、航空航天、光学工程以及精密检测等领域都有广泛应用。本团队采用压电陶瓷作为驱动系统,设计了小体积直驱型高带宽压电直驱的精指向执行机构两自由度精--33-- 西安交通大学国家技术转移中心--34--确指向调节结构。图2小体积直驱型高带宽压电直驱的精指向执行机构该机构利用单个压电堆直接驱动,不引入放大机构,通过单轴下一对压电堆“推-拉”工作模式实现镜面偏转。该机构采用直驱作动方式,与位移放大式执行机构相比,该设计很大程度上减小了偏转机构径向尺寸,结构更紧凑,体积更小,同时具有更大的工作带宽和更高可靠性。此外该机构内部集成应变式偏转角传感单元(SGS)和信号处理电路用于闭环偏转角位移反馈,与国外产品相比具有更高的集成度。表1小体积直驱型高带宽压电直驱的精指向执行机构性能指标机构X轴行程Y轴行程X轴空载工作效率Y轴空载工作效率机构尺寸机构重量T-012.5mrad2.5mrad2.0kHz2.0kHzΦ25×41mm3190gT-025.5mrad5.5mrad1.0kHz1.0kHzΦ25×60mm3220g2.三自由度精密作动平台在光学遥感领域,空间相机等有效载荷需要相机调节机构来承载并实现辅助运动。通过对调节机构的调整可以增大相机视野,实现成像并获取各种信息和图像。而卫星平台由于空间环境和星体活动部件等因素的影响,会产生微振动。随着空间相机分辨率水平的提高,这种微振动对成像品质的影响也显著增加。平台 西安交通大学国家技术转移中心振动耦合到相机的光轴上,便会引起被摄景物与相机焦面发生相对运动,从而产生像移。当相机的空间分辨率很高时,这种像移会导致严重的像质退化,影响图像品质。因此,实现空间相机稳像的关键技术便是要减小甚至抵消振动干扰对成像品质的影响。运用光学稳像控制系统,设计伺服机构可以在光路中实时校正相机光轴偏移。从而实现景物在主成像相机焦面上的相对稳定,减小像移,提高成像分辨率。针对于这种需求,团队开发了一种三自由度(XYθz)压电稳像作动平台,其结构如下图所示:图3三自由度压电驱动平台该三自由度稳像结构由完全对称设计的XY平动并联机构和反对称设计的绕Z轴偏转机构经由一个底部设置凹槽的十字型连接结构用螺钉上下连接而成。当安装在菱形压电作动器中的压电堆在一对差分电压信号下,基于压电材料的逆压电效应,压电堆产生大小相等方向相反的一对位移。经由两级放大机构可实现动平台的XY平动;当安装在绕Z轴偏转机构中的压电堆在一对相同电压--35-- 西安交通大学国家技术转移中心--36--信号下,可实现动平台的绕Z轴偏转。该三自由度XYθz压电稳像作动结构具有结构紧凑、响应快、无机械摩擦以及X和Y方向可实现双向作动等优点;并且XY平动并联机构采用了两级放大结构,用于实现压电堆形变的位移放大输出,使得机构在整体结构尺寸较小的情况下能产生较大的微位移。此外,平动机构采用了对称设计的导向结构,实现了机构的解耦,提高了压电稳像作动结构的调节精度。表2三自由度压电精指向执行机构性能指标指标X轴行程Y轴行程绕Z轴角行程定位精度XY,θz机构尺寸基频驱动电压稳像机构215μm215μm10mrad0.2%,0.2%106×106×23mm100Hz0-120V三、大型程压电作动器1.大推重比直线驱动器针对于形状控制、加工进给等系统提出的高精度、大负载驱动需求,团队开发了具有很高推重比的直线驱动装置,该作动器能够在600g的质量内,实现600N以上的推拉力。图1大推重比压电驱动器实物该大行程作动器的设计技术指标如下表所示。 西安交通大学国家技术转移中心--37--表1大推重比压电驱动器性能指标性能指标质量推力位移分辨率驱动速度位移行程大推重比小于600g600N小于1μm最大5μm/s±3mm2.小型直线驱动器为适应在小的空间尺寸下实现高精度的位移输出,团队还设计了一款具有位移反馈功能的小型直线压电作动器,该作动器利用非对称的锯齿波驱动压电堆,通过惯性冲击原理作动,采用比例式线性霍尔传感器实时感知位移;并且结构紧凑,易于安装,具有作动快速精准,断电锁止,钳位力可调节的特点,能够在足够小的结构下实现大的推重比与高精度的位移输出性能。作动器行程可以依据客户需求定制,最高可达6毫米,其位移精度可达0.5微米,能够实现总行程千分之一的定位精度。图2小型压电直线驱动器该小型压电直线驱动器的性能指标如下表所示。表2小型直线驱动器性能指标产品输出力(N)锁止力(N)重量(g)尺寸(mm)定位精度(μm)小型直线作动器3813Ф9.5*280.53.大行程旋转压电驱动器 西安交通大学国家技术转移中心--38--针对科学研究,光学研究当中对旋转运动的精密控制需求,团队研发了压电材料驱动的精密旋转作动器,该作动器能够在惯性式驱动原理的控制下完成顺时针逆时针两个方向的360°大范围圆周运动,且能够实现千分之一度的角位移分辨率。作动器内部集成有光栅式角位移传感器。图3大行程旋转驱动器作动器技术指标见下表:表3大行程旋转驱动器性能指标指标尺寸重量锁止扭矩转角行程最小步距最大转速光栅传感器精度旋转驱动器φ55mm*12.5mm65g50Nmm360°0.2m°20°/s0.21m°四、控制驱动设备团队可以依据不同需求的压电执行机构实现多种方式的驱动控制,以基于FPGA的压电作动器驱动控制系统为例: 西安交通大学国家技术转移中心图4压电作动器控制系统模型示意图图5压电作动器控制系统实物该FPGA控制系统能够实现多协议数字通信、三通道独立驱动、支持双通道16位高速数据采集、闭环控制等多个功能。可以应用于大行程的尺蠖式压电作动器、惯性式压电作动器、压电式多自由度调节平台等多种压电驱动结构。该驱动设备已经为科研院所提供了航天级的定制产品。--39-- 西安交通大学国家技术转移中心--40--表4大行程旋转驱动器性能指标序号参数条件指标单位1指令刷新速率45KHz2驱动板质量包括结构≤2.2kg3驱动板结构尺寸326×194×33mm24功耗动态功耗≤20W静态≤18W五、市场前景及应用主要应用于航空航天领域,同西安、北京等航天所均有合作。六、技术成熟度□概念验证□原理样机工程样机中试产业化实验室目前可满足订单生产。七、合作方式□联合研发技术入股□转让授权(许可)面议合作要求:军工背景的企业。
行业:环保、邮政、社会公共服务及其他专用设备制造
一种旋翼无人机灭火系统
一种无人机灭火系统,专利号(申请号)201620624944.0。  研发目的:高层建筑火灾快速灭火。  技术基本原理:无人机结合灭火设备。  1.项目背景  随着我国工业化、城市化进程的不断加快,高层建筑的发展日新月异,与此同时,高层建筑火灾事故也不断呈现出加速上升的态势。高层建筑一旦发生火灾,其自身配套的消防设施对火势控制的效果并不明显,同时消防部队扑救的难度很大,所以在很多情况下只能任其自生自灭,以至于造成重大的损失。在2009年的“2.9”央视大楼重大火灾事故和2008年底的哈尔滨高层建筑失火事故中,就因为失火楼层过高,现有常规的消防措施很难对火势进行及时有效的控制,尤其是在2010年11月中旬的上海高层建筑火灾中,因为无法实施及时、有效的救援,最终造成了58人遇难的惨剧。高层建筑火灾扑救是一个世界性的难题,从近年来发生的许多建筑火灾事故来看,高层建筑一旦发生火灾,极易造成相当严重的人员伤亡和经济损失。与普通建筑火灾不同,高层建筑火灾的主要特点大致如下:  第一,起火因素多,因为高层建筑功能复杂、人员流动大、管理不便,火灾隐患较多。  第二,一旦发生火灾,火势蔓延极为迅速,主要原因是建筑越高,风力越大,对流也大,加之高层建筑的竖向井道多,很容易形成“烟囱效应”,故火势猛烈、蔓延迅速。据测定,火灾初期的烟气水平扩散速度约为0.31m/s;在火灾猛烈燃烧阶段,水平扩散速度为0.5-0.8m/s,而竖向扩散速度则高达3-4m/s,例如,1980年美国希尔顿饭店在8层起火时,火灾从起火层蔓延到30层仅用了20分钟。  第三,高层建筑发生火灾时不易疏散,楼梯是疏散的主要通道,人多、充斥烟气都增加了疏散难度。  第四,扑救困难,目前针对高层建筑消防问题,主要有如下两大难题:一方面是如何在火场外的安全地带便可高效灭火,目前世界上最先进的登高消防车一般也只能达到50米左右(虽然目前有少数地区装备的登高车辆达到了80米、100米的范围,但是由于设备成本昂贵在全国并未普及),消防设备能力有限,显然不能适应当今高层建筑火灾扑救的需要,并且火场附近存在强烈的热辐射与浓烟,所以在面对高层建筑火灾时,登高消防车往往无法靠近建筑近处使用,不能起到很好的控火、灭火效果,另外水灭火存在需水量大、供水困难的问题,从国内外高层建筑火灾实例来看,高层建筑火灾实际用水量需要每秒上百升至几百升,而目前一般消防栓系统最大供水量约为每秒几十升,由于受输水带耐压强度和消防车供水高度的影响,常因供水不上而贻误灭火时机;另一方面是如何保证消防人员进入现场进行安全、高效的灭火,而消防员登高作业,不仅是体力上的消耗,也很难及时到达失火楼层对火势进行控制。以上这些因素给高层建筑消防工作带来了极大的困扰和危机。  目前世界各国已研制了一些针对高层建筑消防的设备,这些设备种类繁多,功能各异,在高层建筑消防中发挥了积极的作用。总体来看,主要的设备可大致分为两类,首先是从建筑外部进行消防工作的,其次是进入建筑内部起灭火效果的。前者主要有登高云梯、消防炮和消防直升机等,但受制于装备能力,往往不能取得比较理想的效果,比如从建筑外部利用高压水枪喷射灭火时,现有的消防水罐车喷水能力仅仅为8层楼高,最高的云梯车举高能力也只有15层左右,对于更高的高层建筑火灾来说,这些设备只能是“望楼兴叹”。而后者则包括一些手持式灭火弹、炮式灭火弹、消防救援机器人、肩扛式喷雾器和风力灭火机等。同样,这些设备也都各有优缺点,从对环境适应性、火势控制效果来说,仍与期望有一定差距。比如高层建筑消防机器人,具有一定的爬坡越障能力,可携带一定数量的救生物品和小型灭火工具快速赶至火场内部进行破障救生或消防工作,机动性强但负载能力小,所以在火情探测和救援方面作用明显,而灭火效率不高。又或者由消防人员进入火场内部利用手持设备灭火时,受使用环境或人为因素的影响,很多设备在某些场合往往不能使用或未能得到充分利用,故大大限制了其灭火效率的发挥,减弱了对高层火灾的控制能力。另外,炮式灭火弹,虽然解决了人员不能快速抵达火场以及灭火效率低等问题,但是由于灭火弹的工作原理是发射后在空中自由飞行通过弹道控制到达火场,其飞行外弹道需要足够的空间才能实现.因此该方式不适合具有密集高层建筑的火灾现场,实用性大打折扣。  由以上分析可见目前针对高层建筑火灾的应急救援措施与高层建筑快速发展的现状严重失衡、消防器材的发展现状与高层建筑火灾的特点不适应,鉴于此,我们急需研制一种灭火效率高、反应速度快、机动性能好的新型灭火设备,以能够对采用常规消防手段难以控制的高层建筑火灾进行及时有效的压制与扑灭,以弥补现有技术和产品存在的不足,并行之有效的改变目前针对高楼火灾尚没有很好应对措施的这一局面。  2.高层建筑灭火系统的发展现状  2.1高层建筑消防用消防炮-弹的研究现状  目前,国内外在高层建筑消防用灭火弹的相关领域已存在一些消防炮与灭火弹产品,这些设备在工作方式、发射媒介、工作原理和灭火效率等方面存在着一些差异。  2.1.1国外研究现状  美国Weyerhauser公司研制了一款空投式灭火弹,该弹主要由圆柱体、转轴、轴衬和尾翼等部分组成,直径约1.2m,可装900kg的水与阻燃剂,弹体主要材料是PVC塑料。采用空投方式使用,由直升机直接投下,降落伞会在一定高度时自动打开,随后灭火弹在临近火场一定高度时把水和阻燃剂抛向火场。但一般情况下,由于失火建筑上空往往存在着强烈的上升气流和紊流,水和阻燃剂易被强力高温气流驱散,一定程度上影响了灭火能力的发挥。  韩国的LEE WOONG BOO曾设计了一种通过可移动的发射车发射的远程火箭式灭火弹,其结构如图1所示。该灭火弹主要包括弹壳、电子定时引信、燃爆药、火箭推进器和平衡翼。所采用的灭火介质为可以液体或者粉体灭火剂。  日本曾研究设计了一种由飞机投掷的灭火弹。该灭火弹包括内外弹壳,外弹壳上开设了喷射口,内弹壳为弹性橡胶材料,其内装灭火剂,弹顶有近炸引信或碰撞引信。使用中,灭火弹被从飞机上空投后,至一定高度或者触碰到火场目标后引信点燃气体发生剂,而后完成灭火弹开爆,灭火剂自喷射口喷撒,在火场弥散灭火。  俄罗斯的研究人员曾在BTR-80装甲车的基础上设计了一种高效灭火弹和GAZ-5903消防车,GAZ-5903消防车拥有22个发射筒,可携带44枚灭火弹,以火药爆燃做功为动力,可以齐射多枚内装灭火粉的火箭弹式灭火弹,射程50-300米,并且越野能力强,该设备在用于建筑或森林消防时可发挥较好的效果。  2.1.2国内研究现状  在我国,针对高层建筑消防用灭火弹的研究己经取得了一定的进展,出现了一些不同类型的灭火弹。相关的技术和产品大致有如下几类:  安徽理工大学李征等人设计了一种爆炸水雾灭火弹,主体结构包括壳体、药柱和盐水三个部分,如图4所示,结构简单、拆装方便,可在火场附近水源处灵活组装,另外可分开拆装的弹体外壳可以保证药柱的单独保存运输,提高了安全性。该种灭火弹的灭火介质是添加了大量消焰剂的盐水,灭火弹在火场上空爆炸后产生均匀的水雾喷射抛撒到火场,消焰剂会大量吸热,使水雾灭火效果有效提高。  武汉绿色消防器材有限公司生产的悬挂式灭火弹,如图5所示,可固定或悬挂于墙壁、天花板等处,安装简单、使用方便,机动性强,可在任何适宜或需要的场合设置。这类灭火弹所采用的灭火介质多为超细干粉灭火剂,由于超细干粉粒径小、流动性好、可在空气中悬浮一定时间,因此灭火效率较高,可应用于相对封闭空间或开放场所局部的灭火。这种类型的灭火弹的启动方式因为工作原理的不同而不同,一般来说可分为感温元件温控启动、热引发启动和电引发启动三种,感温控制启动是当温度超过预设值时激活灭火装置工作,也是应用最多最为常见的,热启动则一般建立在热敏线等热敏元件或者易熔阀等对热敏感材料的基础上。灭火剂在灭火装置起作用后,受压力或其它驱动力作用下向外喷撒,从而达到灭火的目的。  如图6和图7所示均为手投式灭火弹,这种灭火弹体积小、携带方便、运用灵活,所装填灭火剂一般为超细干粉灭火剂或者烷基铝类火灾灭火剂,使用时由消防人员携带至高层建筑火场附近,在拉发后投入火场或直接投入火场引发使用,灭火弹内产气剂会产生压力作为推动源将灭火剂外喷。常规的手投式灭火弹弹重在0.3-1.5kg范围内,一般来说灭火速度快,但只能由消防员携带进入大楼内部才能使用,因此受人力所限无法远距离使用,并且操作存在一定危险性,相对来说灭火面积也比较小,对于大规模火势的控制效果不是很明显。  炮射灭火弹是由消防炮将灭火弹投送至火场进而引爆,达到灭火目的的一种灭火弹。相对前面所介绍的几种灭火弹而言,炮射式灭火弹最大的优点是具有较高的灭火效率,一般来说消防炮可以连续多次发射,故可对目标火场火势实行持续的控制。另外,针对高层建筑规模和火灾实际情况,可以选用不同的消防炮,目前已出现了可由单兵肩负或带支架使用的小型消防炮、也有需用车载运送、规模较大的大型消防炮,如图8所示的“PZ120支架式气动消防炮”即是一种小型消防炮,具有机动灵活的特点,最大射程210m,所配灭火弹内装超细干粉灭火剂,单枚最大灭火面积可达13平方米。  以上所介绍的是目前己经在研或已经形成产品、技术较成熟的几种灭火弹,目前高层建筑用灭火弹的发展趋势是从单一的灭火弹向规模化、系列化的炮-弹产品转变,从单一普通干粉灭火剂的使用向多用途的混合、高效灭火剂的使用转变。高层建筑消防用灭火弹等系列装备正在向着反应快速、技术可控、灭火效能高、安全可靠、成本低廉、使用方便的方向发展。  中国航天科工二院206所用发射“导弹”的方式进行消防灭火,该系统利用航天领域军用导弹发射技术、控制技术和信息处理技术转化而成,与普通消防车不同,它没有装载消防水泵、泡沫液罐、泡沫枪等消防器材,主要由控制系统、发射系统和结构系统三部分组成,其中发射系统装载有24发特制的灭火弹;与军用导弹不同,灭火弹采用绿色发射技术,通过平衡抛射,发射时无烟雾火光、无杀伤破片,弹上控制系统还能够确保意外状况下弹体自主安全的降落地面。此外,该高层楼宇灭火系统可单车独立完成消防作业,具备“一键式”展开、撤守的便利操作;其通用底盘更适合城市普通街道通过,移动部署快,反应迅捷;可在几百米远距离外发射灭火弹实施灭火。  但是炮-弹灭火方式虽然填补了我国高层、超高层建筑消防外部救援装备领域的技术和装备空白,但是其适应性具有一定限制。国能城市的发达程度在不断提高,高层建筑比比皆是,特别是在商业街或者住宅区,高层建筑之间的间距较小,密度较大,对于以弹道要求较高的灭火炮-弹来说,限制较大。另外灭火导弹的成本较高,不适合大批量装备和应用。  2.2高层建筑消防用机器人灭火系统研究现状  目前,国内外关于高空消防机器人的研究取得了一些成果,如美国设计并制造的一种“飞火引擎”悬吊式消防平台,通过一条较长的钢丝绳悬挂在直升机下,自身可以作直线和旋转运动,可以在空中盘旋并能与高层建筑窗口对接,消防队员在这个平台上使用泡沫灭火器进行灭火。如图9所示。  该平台能够完成一定的灭火和救援任务,但也存在很多缺点,如采用发动机作为动力会产生较大的噪音,且振动很大,影响平台的安全性和运动定位的准确性。同时,消防人员在灭火时,系统缺乏有效的防护措施,如果火势较大,会影响到消防人员的生命安全。  在国内,西北工业大学开发了一种高层建筑攀爬型救援消防机器人,如图10所示,由机器人本体、地面卷扬机构和控制台组成,地面动力支持系统提供动力支持,在悬挂钢索的配合下移动指定位置,吸附杆与吸附盘先后吸附高层建筑壁面以进行定位,载物箱携带部分救援和灭火设备,伸缩臂伸入火灾现场进行火场信息的探测并实施灭火。其不足之处是移动速度和可携带的灭火救援设备有限,同时由于机器人需要在火场附近进行作业,对其本身的耐热性能、材料制备等有很高的要求。  2015年,沈阳航空大学朱瑛等人,设计了一种高空飞行机器人灭火系统。借助现有成熟的共轴双旋翼、四旋翼无人机及智能消防水炮的一些优点,设计了一种新型消防飞行机器人,可以牵引消防水带和供电电缆到高空,通过自身的探测系统、消防系统和姿态调节系统等对着火点进行定位、喷水灭火,并能根据火场附近的气候条件调节空中的飞行姿态,满足高层建筑灭火的需要。  2.3无人机系统在高层建筑消防中的应用  无人驾驶飞机简称“无人机”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等,后来无人机因其特有的优势逐渐应用于民用领域。国内无人机主要由飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统和动力系统等部分构成。随着经济社会的发展和消防部队职能的拓展,无人机越来越多的用于灭火救援现场。  消防无人机灭火系统是一种具有高空监控、火情探测、应急救援、空中实施救援引导等多功能综合应运消防系统。它的特点是起飞时间短,速度快,效率高,可垂直起降,能实现高空俯视和高空巡逻,完成了人工所不能完成的任务。由于无人机在消防领域的应用起步较晚,很多功能尚处于探索阶段,相关的产业链条还不够成熟,目前也只有个别省份的消防部队购置了无人机,在灭火救援应用发面尚处于摸索阶段,还不能形成战斗力。2011年10月环保部、公安部在山西省朔州市联合举行环境保护与公安消防应急联动机制建设工作交流会,期间环保应急拉动演练中的侦察任务就创新性的采用了无人机。分析认为,无人机在消防领域的应用前景十分广阔。  湖北省荆州市消防支队吕明哲在2015年探讨了多旋翼无人机在灭火救援中的侦察应用,针对多旋翼无人机功能和特点,分析了多旋翼无人机在灭火救援现场中可以开展现场空中侦察、空中喊话、空中无线中继等应用,并结合实际应用对多旋翼无人机的载重、抗风、防(雨)水性能、防腐蚀、图传性能等技术需求进行了分析研究。  长安大学沈旭在硕士毕业论文中设计了基于无人机的灭火控制系统。论文首先分析了系统的功能需求和性能需求,对系统进行了总体设计,将系统从空间结构上分为空中灭火子系统和地面控制子系统两部分。重点研究了视频编解码技术和网络传输技术,提出并实现了一套基于局域网的多路高清视频传输的解决方案,保证了高清视频传输的实时性和高清性。然后深入研究了基于Windows的音频技术和GIS开发方法,并设计了地面控制系统与空中灭火系统之间的控制通信协议。最后详细地论述了系统各功能模块的实现方法和过程。  经以上分析可以发现,消防无人机已经在高层建筑灭火工作中开始应用,但主要集中在高空监控、火情探测、应急救援、空中实施救援引导等方面。对于无人机结合灭火弹直接实施灭火的概念虽然己经提出,但是市场上尚未有正式产品推出,特别是结合具有悬停功能无人机和灭火弹的灭火系统还未见报道。  2.4本发明基本原理  本项目借助现有成熟的共轴六旋翼或者八旋翼无人机及灭火弹的一些优点,设计了一种新型悬浮无人机灭火系统。通过无人机搭载灭火弹到高空,通过自身携带的视频系统和姿态调节系统等,经地面消防人员控制对着火点进行定位、发射灭火弹灭火,并能根据火场形式快速返回地面进行再次装弹,快速返回火场进行灭火任务,满足高层建筑灭火的需要。悬浮无人机灭火系统主要优点是利用无人旋翼直升机的速度快、不受地形、交通等因素限制等特性,采用先进的计算机技术和通信技术,能够为消防指挥人员提供实时的视频和音频,能够对事故现场进行判断,并根据指挥人员的操控发射灭火弹进行灭火,降低和减少人民群众的生命和财产损失。  地面消防人员控制对着火点进行定位、发射灭火弹灭火,并能根据火场形式快速返回地面进行再次装弹,快速返回火场进行灭火任务,满足高层建筑灭火的需要。悬浮无人机灭火系统主要优点是利用无人旋翼直升机的速度快、不受地形、交通等因素限制等特性,采用先进的计算机技术和通信技术,能够为消防指挥人员提供实时的视频和音频,能够对事故现场进行判断,并根据指挥人员的操控发射灭火弹进行灭火,降低和减少人民群众的生命和财产损失。
行业:建筑、安全用金属制品制造
智能仿鸟扑翼飞行机器人
合作方式:☐整体转让 ☐技术许可 ☐作价入股 ☒合作开发 ☐其它_____成果简介:智能仿鸟扑翼飞行机器人的设计灵感来源于自然界中鸟类的飞行模式,通过机翼拍打空气的反作用力产生升力和推力,具有低能耗、隐蔽性强、高机动性等优势。智能仿鸟扑翼飞行机器人集仿生学、空气动力学分析、机械结构、能源、通信、控制等多学科技术于一身。以鸽子为仿生对象,通过研究鸽子的飞行机理,构建了仿鸟扑翼空间机构,实现了多自由度仿生扑翼运动;通过对鸽子飞行策略的研究,构建了“感知—导航—控制”一体化系统,实现了仿鸟扑翼飞行机器人的高效自主飞行;通过模仿生物鸽群编队机制,提出了仿鸟扑翼飞行机器人集群协同控制方案,提升了仿鸟扑翼飞行机器人协同侦察的能力。所研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人融合了高精度传感设备、智能飞控系统、自稳云台系统、WIFI 通信模块、航拍及地面站等模块,具备自主飞行、目标跟踪能力,能够实现地图构建、路线规划、实时航拍、图像回传等功能。成熟程度及推广应用情况:已投入成本:1000 万元。推广应用情况:智能仿鸟扑翼飞行机器人融合了位姿控制、自稳云台系统、航拍及地面站系统等技术,充分发挥了其高仿生性、低能耗的优势,在农田驱鸟、野外监控等应用环境推出了定制化业务。期望技术转移成交价格(大概金额):3000 万元。技术优势:不同于固定翼和旋翼飞行器,扑翼飞行器通过扑动推进方式可充分利用空气动能,具备更高的空气利用效率,可显著提高续航能力。所研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人具有高仿生性,可充分发挥其隐蔽性强的优势,完成一些高原、城市等场景中的隐蔽侦察任务。同时,智能仿鸟扑翼飞行机器人配备有仿生视觉系统,具有灵敏度高、视场大、探测距离远以及识别精度高等优点。另外,智能仿鸟扑翼飞行机器人具有极好的智能性和功能化,集成的高精度传感器可提供准确的状态信息,自主研发的智能飞控系统保证仿鸟扑翼飞行机器人具备稳定自主飞行能力以及良好的环境适应能力。图像回传功能可提供局部区域实时图像信息,为环境监控、区域搜索等任务实施提供有力保障。此外,多台智能仿鸟扑翼飞行机器人可通过 WIFI 通信模块完成自组网、自规划,形成规模化协同工作模式,显著提高任务完成效率。性能指标:样机翼展≤70cm,质量≤250g,负载能力≥100g,续航时间≥30min,可搭载摄像头、微型云台等装置;具有遥控飞行和自主飞行两种模式,具备自主避障、实时航拍、图像回传等功能;可实现不少于 3 架的智能仿鸟扑翼飞行机器人集群编队飞行。市场分析:从国内外无人机市场来看,无人机的应用需求正在逐步增加。目前全球共有超过 500家无人机公司,主要以固定翼和旋翼无人机为主。扑翼飞行机器人作为一种新型仿生无人机,在军事和民用领域具有广泛的市场前景,发展潜力巨大,是开拓市场较好的选择。智能仿鸟扑翼飞行机器人首先在农作物保护方面具有良好的应用前景,利用其高仿生性能,通过设计猛禽外观和配备蜂鸣器发出猛禽叫声进行驱鸟,保护农作物。经济效益分析:近年来,随着人工智能技术的不断完善,无人机行业得到了快速发展。智能仿鸟扑翼飞行机器人涉及科技领域广泛,包括结构设计、新型材料、微机电系统整合、电子通信等,能够促进微电子、精密加工、新型材料制造等行业的发展,从而带动社会经济的发展。随着军事侦察、环境监管、地形勘测、娱乐教育等多元应用需求的增加,也会加速提升智能仿鸟扑翼飞行机器人的技术规格,扩大商机。同时,随着政府利好政策的持续出台,无人机市场进入了健康发展期,智能仿鸟扑翼飞行机器人的应用市场场景将会不断拓展,市场需求不断攀升,能够带来可观的经济效益。成果亮点:1. 具有自主知识产权,研究成果已授权发明专利 13 项,申请 30 项。2. 成果来源:国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金杰青项目、装备预研教育部联合基金项目、国家自然科学基金面上项目等。3. 技术先进性:国际先进,国内领先。团队研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人机身设计中大量采用柔性材料,具备高仿生外形;尾翼具有两个自由度,能够实现稳定姿态控制。智能仿鸟扑翼飞行机器人搭载团队自主研发的智能飞控系统,可实现稳定自主飞行。设计了仿生视觉系统,提高了目标检测、识别、跟踪的效率和精度。自主研发了微型云台,有效消除了智能仿鸟扑翼飞行机器人飞行过程中机翼振动引起的航拍图像抖振问题。4. 获奖情况:教育部自然科学一等奖;吴文俊人工智能科学技术奖自然科学一等奖。
行业:其他农业
智能仿鸟扑翼飞行机器人
合作方式:☐整体转让 ☐技术许可 ☐作价入股 ☒合作开发 ☐其它_____成果简介:智能仿鸟扑翼飞行机器人的设计灵感来源于自然界中鸟类的飞行模式,通过机翼拍打空气的反作用力产生升力和推力,具有低能耗、隐蔽性强、高机动性等优势。智能仿鸟扑翼飞行机器人集仿生学、空气动力学分析、机械结构、能源、通信、控制等多学科技术于一身。以鸽子为仿生对象,通过研究鸽子的飞行机理,构建了仿鸟扑翼空间机构,实现了多自由度仿生扑翼运动;通过对鸽子飞行策略的研究,构建了“感知—导航—控制”一体化系统,实现了仿鸟扑翼飞行机器人的高效自主飞行;通过模仿生物鸽群编队机制,提出了仿鸟扑翼飞行机器人集群协同控制方案,提升了仿鸟扑翼飞行机器人协同侦察的能力。所研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人融合了高精度传感设备、智能飞控系统、自稳云台系统、WIFI 通信模块、航拍及地面站等模块,具备自主飞行、目标跟踪能力,能够实现地图构建、路线规划、实时航拍、图像回传等功能。成熟程度及推广应用情况:已投入成本:1000 万元。推广应用情况:智能仿鸟扑翼飞行机器人融合了位姿控制、自稳云台系统、航拍及地面站系统等技术,充分发挥了其高仿生性、低能耗的优势,在农田驱鸟、野外监控等应用环境推出了定制化业务。期望技术转移成交价格(大概金额):3000 万元。技术优势:不同于固定翼和旋翼飞行器,扑翼飞行器通过扑动推进方式可充分利用空气动能,具备更高的空气利用效率,可显著提高续航能力。所研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人具有高仿生性,可充分发挥其隐蔽性强的优势,完成一些高原、城市等场景中的隐蔽侦察任务。同时,智能仿鸟扑翼飞行机器人配备有仿生视觉系统,具有灵敏度高、视场大、探测距离远以及识别精度高等优点。另外,智能仿鸟扑翼飞行机器人具有极好的智能性和功能化,集成的高精度传感器可提供准确的状态信息,自主研发的智能飞控系统保证仿鸟扑翼飞行机器人具备稳定自主飞行能力以及良好的环境适应能力。图像回传功能可提供局部区域实时图像信息,为环境监控、区域搜索等任务实施提供有力保障。此外,多台智能仿鸟扑翼飞行机器人可通过 WIFI 通信模块完成自组网、自规划,形成规模化协同工作模式,显著提高任务完成效率。性能指标:样机翼展≤70cm,质量≤250g,负载能力≥100g,续航时间≥30min,可搭载摄像头、微型云台等装置;具有遥控飞行和自主飞行两种模式,具备自主避障、实时航拍、图像回传等功能;可实现不少于 3 架的智能仿鸟扑翼飞行机器人集群编队飞行。市场分析:从国内外无人机市场来看,无人机的应用需求正在逐步增加。目前全球共有超过 500家无人机公司,主要以固定翼和旋翼无人机为主。扑翼飞行机器人作为一种新型仿生无人机,在军事和民用领域具有广泛的市场前景,发展潜力巨大,是开拓市场较好的选择。智能仿鸟扑翼飞行机器人首先在农作物保护方面具有良好的应用前景,利用其高仿生性能,通过设计猛禽外观和配备蜂鸣器发出猛禽叫声进行驱鸟,保护农作物。经济效益分析:近年来,随着人工智能技术的不断完善,无人机行业得到了快速发展。智能仿鸟扑翼飞行机器人涉及科技领域广泛,包括结构设计、新型材料、微机电系统整合、电子通信等,能够促进微电子、精密加工、新型材料制造等行业的发展,从而带动社会经济的发展。随着军事侦察、环境监管、地形勘测、娱乐教育等多元应用需求的增加,也会加速提升智能仿鸟扑翼飞行机器人的技术规格,扩大商机。同时,随着政府利好政策的持续出台,无人机市场进入了健康发展期,智能仿鸟扑翼飞行机器人的应用市场场景将会不断拓展,市场需求不断攀升,能够带来可观的经济效益。成果亮点:1. 具有自主知识产权,研究成果已授权发明专利 13 项,申请 30 项。2. 成果来源:国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金杰青项目、装备预研教育部联合基金项目、国家自然科学基金面上项目等。3. 技术先进性:国际先进,国内领先。团队研发的智能仿鸟扑翼飞行机器人机身设计中大量采用柔性材料,具备高仿生外形;尾翼具有两个自由度,能够实现稳定姿态控制。智能仿鸟扑翼飞行机器人搭载团队自主研发的智能飞控系统,可实现稳定自主飞行。设计了仿生视觉系统,提高了目标检测、识别、跟踪的效率和精度。自主研发了微型云台,有效消除了智能仿鸟扑翼飞行机器人飞行过程中机翼振动引起的航拍图像抖振问题。4. 获奖情况:教育部自然科学一等奖;吴文俊人工智能科学技术奖自然科学一等奖。
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