《蛇形機(jī)器人研究現(xiàn)狀.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《蛇形機(jī)器人研究現(xiàn)狀.ppt（37頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、機(jī)電控制基礎(chǔ)與實(shí)踐 （北航，沈陽(yáng)自動(dòng)化所，國(guó)防科大，國(guó)外） 王田苗 丑武勝 北京航空航天大學(xué) 機(jī)器人研究所 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(guò)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
2、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(shì) 仿生 多樣 應(yīng)用 日本京都大學(xué)研制的 蛇形搜救機(jī)器人 “ 莫伊拉 ” 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 北航 SOLIDSNAKE 蛇形機(jī)器人 概述 近幾年來(lái)，仿生機(jī)器人學(xué)正 在機(jī)器人領(lǐng)域占有越來(lái)越重 要的位置。對(duì)于障礙物眾多、 凸凹不平、以及狹窄地形等 環(huán)境，類似蛇形的機(jī)器人有 較大的運(yùn)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，可以滿足 多種用途。 北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研 究所依托在仿生學(xué)領(lǐng)域取得 的研究成果，結(jié)合國(guó)內(nèi)外蛇 形機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)展 了 SolidS
3、nake 蛇形機(jī)器人。 SOLIDSNAKE II SolidSnake II蛇形機(jī)器人充分考慮 了蛇類生物的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，從仿生學(xué) 的角度，結(jié)合機(jī)器人動(dòng)力學(xué)和摩擦 學(xué)等的相關(guān)理論，建立了基于行為 控制理論的蛇類運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，把蛇 類生物的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形式化解為局部 的、簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)形式。 采用模塊化設(shè)計(jì)思路，每個(gè)關(guān)節(jié)均 可很容易進(jìn)行拆卸。機(jī)器蛇的 8個(gè)關(guān) 節(jié)整體形成一個(gè)高冗余度的結(jié)構(gòu)體， 很容易模仿實(shí)現(xiàn)蛇體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形 式。為了減少機(jī)器蛇的運(yùn)動(dòng)中的摩 擦阻力，在機(jī)器蛇兩側(cè)安裝有從動(dòng) 輪，實(shí)現(xiàn)了蛇體的平穩(wěn)游動(dòng)，增強(qiáng) 了蛇形機(jī)器人的靈活性和機(jī)動(dòng)性。 采用輕型耐磨塑料制造蛇形機(jī)器人 的主要結(jié)構(gòu)，既減輕了蛇體的
4、重量， 又降低了加工的成本。 硬件結(jié)構(gòu) SolidSnake II蛇形機(jī)器人設(shè)有多 項(xiàng)預(yù)留位置，如配備局部控制器、 位置及力矩侍服器、從動(dòng)輪鎖死 裝置等配套裝置，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器蛇 環(huán)境識(shí)別和自主運(yùn)動(dòng)。在機(jī)器蛇 的頭部配置有紅外線探測(cè)頭，可 反饋對(duì)環(huán)境的監(jiān)視數(shù)據(jù)。 在電路設(shè)計(jì)上采用 485總線聯(lián)接。 上位機(jī)為 PC機(jī)控制，通過(guò)對(duì)總 線的定時(shí)輪詢來(lái)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)插拔關(guān) 節(jié)。此設(shè)計(jì)能方便地實(shí)現(xiàn)替換任 意關(guān)節(jié)，能根據(jù)不同任務(wù)隨時(shí)拆 卸 安裝新的關(guān)節(jié)，甚至實(shí)現(xiàn)帶 電插拔，極大的增強(qiáng)了蛇形機(jī)器 人的可靠性和耐用性。 蛇形運(yùn)動(dòng) SolidSnake 蛇形 機(jī)器人在計(jì)算機(jī)的 控制下實(shí)現(xiàn)了蠕動(dòng) 前進(jìn)（后退）、游 動(dòng)前進(jìn)（
5、后退）、 側(cè)移、抬頭，可在 一定程度上實(shí)現(xiàn)自 主運(yùn)動(dòng)。 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn) SolidSnake II 搭建了完善的軟 硬件開發(fā)平臺(tái)， 為后續(xù)的研究開 發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的 基礎(chǔ)。 隨著研究的深入 展開，蛇形機(jī)器 人研究與應(yīng)用一 定會(huì)有更廣闊的 天地。 沈陽(yáng)中科院自動(dòng)化所蛇形機(jī)器人原理樣機(jī) 樣機(jī)具有模塊化、可重構(gòu)的特點(diǎn)，蛇形機(jī)器人原理性樣 機(jī)能實(shí)現(xiàn)了蜿蜒、伸縮、上坡、跨障礙、側(cè)行、翻滾等運(yùn)動(dòng)。 蛇形機(jī)器人功能樣機(jī) 設(shè)計(jì)圖 實(shí)物照片 蛇形機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī) 型控制板 型控制板 鉆洞探查 室內(nèi)探查 抬頭運(yùn)動(dòng) 爬坡運(yùn)動(dòng) 國(guó)防科大蛇形機(jī)器人 新型反恐機(jī)器人蛇形機(jī)器人 模塊化、可重組機(jī)器人是在蛇形機(jī) 器人的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，
6、模塊化和可重組 的結(jié)合意味著： 機(jī)器人具有更好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性； 機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)形式和功能上的多樣性； 機(jī)器人能適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境，可完成的 任務(wù)種類更多。 蛇形機(jī)器人 蛇形機(jī)器人是一種模仿蛇類蜿蜒運(yùn)動(dòng)的仿生 機(jī)器人，它不同于傳統(tǒng)的輪式或足式機(jī)器人， 實(shí)現(xiàn)了類似于生物蛇的 “ 無(wú)肢運(yùn)動(dòng) ” ，這是機(jī) 器人運(yùn)動(dòng)方式上的一大進(jìn)展。 蛇形機(jī)器人具有類似蛇的狹長(zhǎng)體態(tài)，運(yùn)動(dòng)方 式獨(dú)特，因此具有著廣闊的應(yīng)用前景 模塊化、可重組機(jī)器人 主要功能 該樣機(jī)長(zhǎng) 1.0米左右，由多個(gè)結(jié)構(gòu)和功能 完全相同的模塊構(gòu)成。 蛇形機(jī)器人 主要功能 蛇形機(jī)器人自身還攜帶無(wú)線攝像機(jī)，可以將現(xiàn)場(chǎng) 環(huán)境實(shí)時(shí)傳回主控室，控制人員可以無(wú)線
7、遙控指揮 蛇機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。 蛇形機(jī)器人 主要功能 該樣機(jī)長(zhǎng) 1米左右，每分鐘可爬行 . 米，能做前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、變速等動(dòng)作 模塊化、可重組機(jī)器人 主要功能 能組成蛇形構(gòu)形 蛇形機(jī)器人 主要功能 可在普通路面、草 地等環(huán)境中爬行 蛇形機(jī)器人 主要功能 穿上 “ 蛇皮 ” 后還可在水中自由游動(dòng) 模塊化、可重組機(jī)器人 國(guó)內(nèi)外機(jī)器蛇設(shè)計(jì)特點(diǎn) 美國(guó)宇航局 (NASA) NASA于 1999年開始 研究多關(guān)節(jié)的蛇形機(jī)器人 國(guó)內(nèi)外機(jī)器蛇設(shè)計(jì)特點(diǎn) 德國(guó)人 Gavin.H從約 1997年開始從事蛇形 機(jī)器人的研究工作，到目前為止共設(shè)計(jì)并制 作了 S1,S2,S3,S4,S5五代蛇形機(jī)器人，圖 2為 S5 國(guó)內(nèi)
8、外機(jī)器蛇設(shè)計(jì)特點(diǎn) 德國(guó) GMD國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也開發(fā)出了基于模塊式 結(jié)構(gòu)和 CAN總線的蛇形機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)為三 維關(guān)節(jié) 仿生動(dòng)物（蟒蛇、水蛇、可重構(gòu)） 理論方法問(wèn)題，仿生靜態(tài)與動(dòng)態(tài)模型，復(fù)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(wèn)題， 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， 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(wèn)題， 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)， 人機(jī)交互技術(shù)，通訊，時(shí)延，臨境與虛擬現(xiàn)實(shí)， 微小型機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、裝配， 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(shì)。 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(lái)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(yǔ) 謝 謝 大 家
蛇形機(jī)器人研究現(xiàn)狀.ppt
