蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡介

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1、 探 索 生 物 學(xué) 、 仿 生 學(xué) 、 新 材 料 、 智 能 控 制 等 方面 深 刻 機(jī) 理 。開 展 多 學(xué) 科 交 叉 領(lǐng) 域 的 技 術(shù) 研 究 ， 通 過 綜 合 實(shí)驗(yàn) 平 臺(tái) ， 推 動(dòng) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 、 傳 感 器 技 術(shù) 、 伺 服 控制 、 人 工 智 能 、 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 等 技 術(shù) 發(fā) 展 。從 事 繁 重 勞 動(dòng) 、 危 險(xiǎn) 作 業(yè) 、 延 伸 人 類 大 腦 與 四肢 、 醫(yī) 療 康 復(fù) 等 ， 服 務(wù) 于 社 會(huì) 。研 究 意 義 手 腳 ， 撲 翼 ， 游 動(dòng) ， 蠕 動(dòng) 什么是微小型仿生機(jī)器人技術(shù)？沒有嚴(yán)格定義模仿自然界動(dòng)物與人的行為，基于微小型機(jī)電

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研究機(jī)構(gòu)、感知、控制與交互的機(jī)器人技術(shù)。微小型，尺寸相對(duì)較小，低功耗，高性能，微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿生，模仿自然界動(dòng)物與人機(jī)器人，幫助人類完成搬運(yùn)、焊接、裝配等任務(wù)的可編程控制機(jī)械裝置或系統(tǒng)，希望具備感知、規(guī)劃、控制、交互的功能定義 發(fā) 展 趨 勢l仿 生l多 樣l應(yīng) 用 日 本 京 都 大 學(xué) 研 制 的蛇 形 搜 救 機(jī) 器 人 “ 莫 伊 拉 ”l仿 生 機(jī) 構(gòu) 日 本 東 京 工 業(yè) 大 學(xué) 研 制 的廢 墟 搜 索 機(jī) 器 人 (1)蛇 形 機(jī) 器 人 機(jī) 構(gòu) 研 究生 物 蛇 研 究 蛇 的 肌 肉 骨 骼簡 化 模 型 蛇 的 肌 肉 骨 骼結(jié) 構(gòu) 生 物 蛇 蛇 形 機(jī) 器

3、 人 單 自 由 度 關(guān) 節(jié) 模 塊關(guān) 節(jié) 模 塊 設(shè) 計(jì) 相 鄰 關(guān) 節(jié) 模 塊 連 接 示 意 圖蛇 形 機(jī) 器 人 機(jī) 構(gòu) 的 構(gòu) 成 （ 2） 蛇 形 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 控 制 方 法 研 究 蛇 可 以 做 多 種 動(dòng) 作 來 適 應(yīng) 它 所 處 的 環(huán)境 ， 但 大 體 上 可 分 為 四 種 步 態(tài) ： 蜿 蜒 運(yùn) 動(dòng) 直 線 運(yùn) 動(dòng) 伸 縮 運(yùn) 動(dòng) 側(cè) 向 運(yùn) 動(dòng) 蜿 蜒 運(yùn) 動(dòng) 生 物 蛇 的 蜿 蜒 運(yùn) 動(dòng) 直 線 運(yùn) 動(dòng) 生 物 蛇 的 直 線 運(yùn) 動(dòng) 伸 縮 運(yùn) 動(dòng) 生 物 蛇 的 伸 縮 運(yùn) 動(dòng) 側(cè) 向 運(yùn) 動(dòng) 生 物 蛇 的 側(cè) 向 運(yùn) 動(dòng) )( yawi )(

4、pitch i 蛇 形 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 示 意 圖 (a)平 面 蜿 蜒 運(yùn) 動(dòng) 平 面 蜿 蜒 運(yùn) 動(dòng) 是 通 過 控 制 關(guān) 節(jié) 模 塊 水 平 軸 的 關(guān) 節(jié)保 持 直 線 ， 而 垂 直 軸 的 關(guān) 節(jié) 呈 正 弦 變 化 產(chǎn) 生 ； 采 用的 算 法 公 式 為 ： lKinKsLKnKs nnni 10 )22sin()sin(2)( (b)側(cè) 向 運(yùn) 動(dòng) 側(cè) 向 運(yùn) 動(dòng) 是 控 制 關(guān) 節(jié) 模 塊 的 垂 直 軸 （ yaw軸 ） 的 關(guān)節(jié) 和 水 平 軸 （ pitch軸 ） 的 關(guān) 節(jié) 都 呈 正 弦 變 化 ， 兩 個(gè) 曲線 之 間 有 一 個(gè) 相 位 差 ； 采 用

5、的 算 法 公 式 為 ： lKinKsLKnKs lKinKsLKnKs nnni nnni 10 10 )22sin()sin(2)( )22sin()sin(2)( (c)伸 縮 運(yùn) 動(dòng) 伸 縮 運(yùn) 動(dòng) 方 式 可 以 通 過 控 制 它 的 垂 直 軸 （ yaw軸 ）的 關(guān) 節(jié) 保 持 直 線 ， 而 水 平 軸 （ pitch軸 ） 的 關(guān) 節(jié) 呈 正 弦變 化 實(shí) 現(xiàn) 。 它 在 垂 直 面 內(nèi) 運(yùn) 動(dòng) ， 適 合 穿 越 狹 小 的 管 道 。 lKinKsLKnKs nnni 10 )22sin()sin(2)( (d)翻 滾 運(yùn) 動(dòng) 翻 滾 運(yùn) 動(dòng) 是 控 制 關(guān) 節(jié) 模

6、塊 的 垂 直 軸 的 關(guān) 節(jié) 和 水 平 軸的 關(guān) 節(jié) 變 化 ， 采 用 的 算 法 公 式 為 ： lKsLKnKs lKsLKnKs nni nni 10 10 )2cos()sin(2)( )2sin()sin(2)( （ 3） 分 布 式 控 制 系 統(tǒng) 和 微 型 嵌 入 式 控 制 器 的 研 究 蛇 形 機(jī) 器 人 原 理 樣 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) (a)原 理 樣 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 蛇 形 機(jī) 器 人 控 制 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)主 控 單 元執(zhí) 行單 元 CAN總 線執(zhí) 行單 元 執(zhí) 行單 元 . 執(zhí) 行單 元 執(zhí) 行單 元執(zhí) 行單 元監(jiān) 控 系 統(tǒng) 機(jī) 器 人控 制

7、系 統(tǒng) (b)分 布 式 控 制 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 已 應(yīng) 用 在 : 擬 人 機(jī) 器 人 星 球 探 測 機(jī) 器 人 (c)微 型 嵌 入 式 控 制 器 的 研 究 特 點(diǎn) ： 模 塊 化 體 積 小 功 能 全 功 耗 低 現(xiàn) 場 可 編 程 （ 4） 地 面 特 征 識(shí) 別 技 術(shù) 的 研 究傳 感 器壓 桿 傳 感 裝 置 關(guān) 節(jié) 模 塊 傳 感 裝 置 安 裝 示 意 圖 底 面識(shí) 別 平 坦 的 硬 地 面 、 軟 土 、 沙 地 (5)基 于 GPS的 蛇 形 機(jī) 器 人 定 位 方 法 的 研 究 對(duì) 于 用 于 野 外 工 作 的 蛇 形 機(jī) 器 人 ， 定 位 是 個(gè) 關(guān)

8、鍵問 題 。 基 于 GPS的 定 位 方 法 是 目 前 應(yīng) 用 最 廣 的 方 法 。目 前 實(shí) 驗(yàn) 定 位 精 度 15米 我 們 在 探 索 應(yīng) 用 我 國 的 北 斗 導(dǎo) 航 定 位 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 定位 的 方 案 。 天 線 處 理 單 元 微 處 理 器 GPS進(jìn) 行 定 位 的 原 理 圖 （ 6） 應(yīng) 用 研 究監(jiān) 控 站操 作 臺(tái)監(jiān) 視 器 傳 感 器蛇 形 機(jī) 器 人作 業(yè) 單 元 蛇 形 機(jī) 器 人 作 業(yè) 系 統(tǒng) 框 圖 應(yīng) 用 車 底 探 查 實(shí) 驗(yàn)l結(jié) 合 國 家 反 恐 防 暴 的 需 求 理 論 方 法 問 題 ， 仿 生 靜 態(tài) 與 動(dòng) 態(tài) 模 型 ， 復(fù)

9、 雜 模 型 計(jì) 算 方 法 ， 基 于傳 感 器 變 結(jié) 構(gòu) 方 法 ， 往 往 是 非 線 性 、 非 定 常 問 題 ， l 多 自 由 度 靈 巧 機(jī) 構(gòu) ， 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 與 動(dòng) 力 學(xué) ， 冗 余 與 柔 性 ， 高 效 驅(qū) 動(dòng) 裝置 ， l 感 知 與 模 式 識(shí) 別 技 術(shù) ， 內(nèi) 部 姿 態(tài) ， 外 部 環(huán) 境 ， 距 離 、 力 覺 、 觸 覺等 ， 特 別 是 視 覺 問 題 ， l 嵌 入 式 控 制 技 術(shù) ： 微 小 型 硬 件 平 臺(tái) ， 高 可 靠 性 軟 件 系 統(tǒng) ， 高 性 能實(shí) 時(shí) 學(xué) 習(xí) 技 術(shù) ， 基 于 傳 感 器 的 群 體 行 為 智 能 控 制 技 術(shù) ， l 人 機(jī) 交 互 技 術(shù) ， 通 訊 ， 時(shí) 延 ， 臨 境 與 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) ， l 微 小 型 機(jī) 電 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 、 加 工 、 裝 配 ， l 微 、 仿 、 多 、 遙 、 網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)性研究 方向 主要介紹了微小型仿生技術(shù)與機(jī)器人基本內(nèi)涵、研究意義、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢。 嵌入式芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、新材料等方面發(fā)展給微小型仿生技術(shù)研究帶來了機(jī)遇。 智能仿生機(jī)器人是人類科學(xué)研究追求目標(biāo)，開展這方面研究不僅促進(jìn)多學(xué)科發(fā)展，而且廣泛應(yīng)用服務(wù)于社會(huì)。結(jié)束語