二自由度蛇形機器人單元設(shè)計畢業(yè)論文-全文預(yù)覽
【正文】 （）,由于設(shè)計方案確定單元體的目標轉(zhuǎn)速為：10度/秒，故傳動比初步定為2：1。估算單元體的重量約為400g，單元體的長度100mm。對于蛇形機器人而言，它的輸出是由模塊提供的，然而它的負載也正是其模塊本身。 特點:高扭矩、金屬伺服裝置、體積小。當電機同向轉(zhuǎn)動時傘齒輪之間沒有相對運動，而傘齒輪（6）將隨傘齒輪的軸（7）一起繞大軸轉(zhuǎn)動。 分析二自由度蛇形機器人的目標功能——關(guān)節(jié)間的橫向擺動和縱向抬起后，綜合多方面的考慮后最終確定以下方案：（）（ 1’——電機軸 2’——齒輪 3’——齒輪 4’——齒輪 5’——傘齒輪 6——傘齒輪 7——傘齒輪軸 8——大軸）機構(gòu)方案簡述：本方案采用2個電機偶合驅(qū)動的方式來實現(xiàn)單元體的擺動及抬起。該蛇形機器人單元采用了模塊化設(shè)計。雖然耦合驅(qū)動在控制上存在解耦問題，但通過充分利用現(xiàn)有的計算機技術(shù)可以很容易得到解決。本設(shè)計中蛇形機器人的運動不是靠電機直接驅(qū)動的，而是靠在機器人的個單元間相互擺動時單元體與環(huán)境之間產(chǎn)生的摩擦力實現(xiàn)蜿蜒前進運動的。 本設(shè)計要求根據(jù)蛇的特點實現(xiàn)以下的功能：（1） 能在凹凸不平/粗糙的地面推動前進、在光滑的表面滑行前進。綜上所述，蛇形機器人的研究對很多重要領(lǐng)域有著極其重要的意義。6) 軍事:蛇形機器人本身體形細小，加上合適的偽裝后，便于隱身。蛇形機器人有望在這方面得到應(yīng)用。如果將蛇形機器人做得非常小，就可以進入人體的腸道完成作業(yè)。蛇形機器人也適合于完成災(zāi)難救援任務(wù)?？茖W(xué)探險是科學(xué)家探索大自然奧秘和豐富地質(zhì)資源的有利手段，但常常因為環(huán)境和氣候惡劣，無法到達目的地完成指定的探險任務(wù)。（ 中科院沈陽自動化所的蛇形機器人）極大的幫助，所以自80年代中期以來，機器人科學(xué)家們就開始了仿生機器人的研究。上海交通大學(xué)崔顯世、顏國正于1999 年3 月研制了我國第一臺微小型仿蛇機器人樣機，該機構(gòu)由一系列剛性連桿連接而成，步進電機控制相鄰兩剛性連桿之間的夾角，使連桿可以在水平面內(nèi)擺動，樣機底面裝有滾動軸承作為被動輪，用以改變縱向和橫向摩擦系數(shù)之比，其后又相繼作了一些相關(guān)的理論研究。此外，在蛇形機器人上安裝了紅外線傳感器來檢測環(huán)境信息（）。而且ACMR3為三維結(jié)構(gòu)，能夠在三維環(huán)境中運動和完成復(fù)雜的三動作。該機器人的最大速度為40cm/s，只能在平面上運動。上個世紀七十年代，日本東京工業(yè)大學(xué)的Hirose 教授就已經(jīng)開始了蛇形機器人的研究。此設(shè)計能方便地實現(xiàn)替換任意關(guān)節(jié)，能根據(jù)不同任務(wù)隨時拆卸安裝 新的關(guān)節(jié)，甚至實現(xiàn)帶電插拔，極大的增強了蛇形機器人的可靠性和耐用性。SolidSnake II 蛇形機器人設(shè)有多項預(yù)留位置，如配備局部控制器、位置及力矩侍服器、從動輪鎖死裝置等配套裝置，可實現(xiàn)機器蛇環(huán)境識別和自主運動。 采用模塊化設(shè)計思路，每個關(guān)節(jié)均可很容易進行拆卸。（ 第一代蛇形機器人 SolidSnake）從仿生學(xué)的角度，第一代蛇形機器人結(jié)合機器人動力學(xué)和摩擦學(xué)等的相關(guān)理論，建立的蛇的行波運動學(xué)模型，并研制的機器蛇樣機—— SolidSnake，并利用SolidSnake實現(xiàn)了蛇的蠕動、游動、側(cè)移、側(cè)滾、抬頭、翻越障礙物等運動形式。蛇形機器人不但能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地形，能夠平均分配自己的體重，還具有自封閉的結(jié)構(gòu)等特點使其吸引了國內(nèi)外眾多機器人學(xué)研究人員展開了對蛇形機器人的研究。機器人被急切需要應(yīng)用到環(huán)境復(fù)雜、高度危險和人類無法進入的場合完成作業(yè)。當然它本身與眾不同的移動方式，也使人們產(chǎn)生恐慌和害怕，從而避而遠之。生命系統(tǒng)的自主運動和適應(yīng)能力的物理實現(xiàn)不僅能夠把人從繁重、危險、單調(diào)乏味的工作環(huán)境中解脫出來，而且能夠代替人在危險場合完成復(fù)雜作業(yè)。模仿和探索大自然中生物的運動和功能，理解和獲取有利的運動和控制原理，促使了仿生學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展。analysis of creeping locotion第1章 緒論大自然不僅僅賦予人類生命和豐富的自然資源，而且其豐富的生命形態(tài)給予了人類無窮無盡的啟迪，讓人們充分地利用自然和改造自然。當然這種復(fù)合運動不僅僅局限在二維復(fù)合運動，還包括比較復(fù)雜的三維運動，而且本文提出的簡化輸入方法有利于蛇形機器人在扭轉(zhuǎn)運動過程中有效適應(yīng)地形。其主要功能要求：能利用單元之間的擺動是身體與環(huán)境之間的摩擦力能在凹凸不平/粗糙的面蜿蜒前進，也能在光滑的表面上滑行前進；能利用關(guān)節(jié)之間的相對運動實現(xiàn)身體的抬起從而可以跨過小溝、裂縫和障礙物等。其主要目標是利用蛇（它的形態(tài)和姿勢）做原形來研究具有與蛇的功能相似的蛇形機器人。在此基礎(chǔ)上對蛇形機器人的扭轉(zhuǎn)運動進行了擴展，使蛇形機器人不但能夠完成平面的扭轉(zhuǎn)運動，而且可以將扭轉(zhuǎn)運動與其它的運動形式結(jié)合起來，完成復(fù)合運動。 coupled drive。從蝙蝠的夜間疾飛到當今軍事和民航上至關(guān)重要的雷達系統(tǒng)，都充分體現(xiàn)了研究生物系統(tǒng)對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大貢獻。仿生系統(tǒng)以其能體現(xiàn)和再現(xiàn)生命特征成為現(xiàn)代研究的重點課題。從圣經(jīng)上的關(guān)于蛇的描寫到中國寓言中農(nóng)夫和蛇的故事，無不反蛇形機器人的機構(gòu)設(shè)計和運動護制映出蛇陰險和可怕的一面。當代 機 器 人的研究領(lǐng)域己經(jīng)從結(jié)構(gòu)環(huán)境下的定點作業(yè)向非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的自主作業(yè)發(fā)展。蛇的各種獨特的運動特性賦予蛇形機器人以多種功能。關(guān)于蛇形機器人的研究，美國和日本走在前列，此外加拿大、英國、瑞典、澳大利亞等國也都在開展這方面的技術(shù)研究。第二代蛇形機器人SolidSnake II（2004) （ II）SolidSnake II 蛇形機器人充分考慮了蛇類生物的運動特點，從仿生學(xué)的角度，結(jié)合 機器人動力學(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動學(xué)模型，把蛇類生物的復(fù)雜運動形式化解為局部的、簡單的運動形式。采用輕型耐磨塑料制造蛇形機器人的主要結(jié)構(gòu)，既減輕了蛇體的重量，又降低了加工的成本。上位機為 PC 機控制，通過對總線的定時輪詢來實現(xiàn) 隨時插拔關(guān)節(jié)。隨著研究的深入展開，蛇形機器人研究 與應(yīng)用一定會有更廣闊的天地。為與地面有效地接觸，該機器人的腹部安裝了腳輪。ACMR3 機器人采用完全無線控制的方式，每個關(guān)節(jié)自帶電源。該機器人采用繩索驅(qū)動，具有較好的柔性。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所，上海交通大學(xué)等單位首先進行了蛇形機器人仿生方面的一些研究工作。目前，北京航天航空大學(xué)等單位也開始蛇形機器人的相關(guān)研究工作。蛇形機器人可以應(yīng)用到但不僅僅局限在以下各領(lǐng)域:1) 科學(xué)探險和狀況檢查:代替或部分代替人去完成危險環(huán)境中的作業(yè)是研制機器人的主要目的之一。機器人學(xué)的研究人員制作了形式各異的機器人來代替人去完成防恐防爆和救援傷員的任務(wù)。3) 醫(yī)療:設(shè)計小型的移動機器人，進入人體器官(如腸道、血管)完成手術(shù)和定點給藥是機器人研究的一個新的熱門領(lǐng)域。正像美國的勇氣號和機遇號機器人在火星上執(zhí)行作業(yè)一樣，探月工程也需要機器人來完成各種作業(yè)。安裝合適的傳感器后，也可以應(yīng)用蛇形機器人來完成排雷任務(wù)。例如:狹小空間的操作，復(fù)雜環(huán)境下的避碰操作等等。這些運動大部分是都
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