二自由度蛇形機器人單元設(shè)計畢業(yè)論文-文庫吧資料
2025-06-29 17:16本頁面
【正文】 伺服裝置、體積小?？紤]到蛇形機器人的實際應(yīng)用環(huán)境等因素影響機器人單元體之間的相對轉(zhuǎn)速不能過快，結(jié)合國內(nèi)外以研發(fā)的蛇形機器人實例經(jīng)驗，將本設(shè)計的單元體之間的相對轉(zhuǎn)速確定為10度/秒。當(dāng)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。由于兩電機既可以同向轉(zhuǎn)動也可以反向轉(zhuǎn)動，故傘齒輪（5’）的轉(zhuǎn)動方向既可以相同也可以相反。 分析二自由度蛇形機器人的目標(biāo)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。因此，在設(shè)計每個單元時，必須考慮到這些因素所帶來的影響，權(quán)衡耦合驅(qū)動機構(gòu)與直接驅(qū)動機構(gòu)，從而選擇更加合理的耦合驅(qū)動機構(gòu)。該蛇形機器人單元采用了模塊化設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了耦合驅(qū)動的模塊化萬向單元。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。由于直接驅(qū)動的關(guān)節(jié)機構(gòu)采用每個自由度直接用一個電機來驅(qū)動，用減少傳動件的數(shù)量來達到減輕單元重量的目的，但效果有限。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。通過驅(qū)動細長的身體躬起做出符合運動學(xué)的d穩(wěn)定的姿勢。 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。第2章 二自由度蛇形機器人運動單元的主體設(shè)計蛇的外形非常簡單，但卻能實現(xiàn)很多運動：蜿蜒運動；法向運動；側(cè)向運動；沿身體方向的拉伸運動；抬起運動等。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。7) 作為操作手:將蛇形機器人的一端固定，那么它就變成一個具有冗余自由度的操作手，可以完成復(fù)雜的抓取動作。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。它可以穿越狹小空間、進入危險環(huán)境，然后完成操作任務(wù)。蛇形機器人有望在這方面得到應(yīng)用。探月工程的啟動表明中國政府探索外星系的決心和信心。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)。這些災(zāi)難主要包括:地震、爆炸、地質(zhì)陷落、龍卷風(fēng)和火災(zāi)等等。蛇形機器人也適合于完成災(zāi)難救援任務(wù)。2) 防恐防爆和災(zāi)難救援:自美國紐約的911事件之后，防恐防爆成為各個國家維護國家安全和人民生命財產(chǎn)不受侵害的主題?？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)。雖然目前蛇形機器人的研究尚處在實驗階段，但蛇形機器人有廣泛的應(yīng)用前景。（ 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。（ 國防科技大學(xué)的蛇形機器人）中科院沈陽自動化所機器人重點實驗室也開始了蛇形機器人的研究，并提出一種新型蛇形機器人結(jié)構(gòu)[5459]（），可實現(xiàn)多種適應(yīng)環(huán)境的平面和空間運動形式，并作了深入的理論研究。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。在我國，蛇形機器人的研究剛剛起步，但是進步較快。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（）。NASA的JPL 采用了NEC的蛇形機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種Serpentine robot，該機器人約1m 長，直徑4cm，具有12 個自由度（），主要是完成在存在障礙物的環(huán)境中的操作任務(wù) NEC 的蛇形機器人（ JPL 操作手）德國的GMD 研制了蛇形機器人。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。ACMR3 是最近的研究成果（見圖14），該機器人的參數(shù)見表11。該機器人的最大速度為40cm/s，只能在平面上運動。該機器人的總長為2m，具有20 個關(guān)節(jié)，依靠伺服機構(gòu)來驅(qū)動關(guān)節(jié)左右擺動[14]。上個世紀(jì)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。并且， SolidSnake II 搭建了完善的軟硬件開發(fā)平臺，為后續(xù)的研究開 發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。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。 在電路設(shè)計上采用 485 總線聯(lián)接。 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。 為了減少機器蛇的運動中的摩擦阻力，在機器蛇兩側(cè)安裝有從動輪，實現(xiàn)了蛇體的平穩(wěn)游動，增強了蛇形機器人的靈活性和機動性。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。這樣的機構(gòu)設(shè)計使蛇體具有向任何方向彎曲的能力。（ 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。蛇形機器人的研究開創(chuàng)了仿生機器人研究的新領(lǐng)域，同時由于蛇形機器人的廣泛應(yīng)用前景，世界上各個國家的機器人愛好者紛紛開始了蛇形機器人的研究。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。蛇形機器人就是在這種條件下孕育而生的。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(dāng)然本文并不是研究生物蛇和人類的關(guān)系，而是根據(jù)蛇的生理結(jié)構(gòu)和運動特點，設(shè)計和研究蛇形機器人的結(jié)構(gòu)和運動，是從仿生學(xué)的角度出發(fā)研制有利于人類社會的機器人。當(dāng)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。在絕大多數(shù)人眼中，蛇是一種可怕的動物，甚至有很多人不愿意提及或看到這種動物。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)?？梢哉f仿生學(xué)的研究對科學(xué)技術(shù)和社會的發(fā)展起著舉足輕重的作用。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。從小鳥的展翅飛翔，到形狀各異的風(fēng)箏，還有后來更為先進的飛機。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
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