自动避障仿生机器蛇的设计与仿真

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1、附件1校级大学生创新训练计划项目申报书项目名称自动避障仿生机器蛇的设计与仿真申请者李飞所在学院机汽学院专业年级机设6班指导教师项目起止时间联系电话电子信箱合肥工业大学创新学院填表须知一、《合肥工业大学大学生创新训练计划项目申报书》（注明国家级或校级）要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸正反页打印，于左侧装订成册。二、申请参加合肥工业大学大学生创新训练项目团队人数不得超过5人（1人为立项负责人，参与合作研究者1-4人）。三、《合肥工业大学大学生创新训练计划项目申请表》由

2、申报学生所在学院初审，签署意见后，一式二份报送创新学院。四、如填表有不明事宜，请与创新学院联系和咨询。（联系电话：2901107）申请者情况姓名李飞性别男出生年月1993．6．15所在院（系）机汽专业年级机设6班学号2012210451项目组成员情况姓名性别出生年月专业年级分工指导教师情况姓名职称学历/学位讲授课程研究方向所在院（系）E-mail地址电话课题来源：□科研□教学□设计□工程□自选□其他（）一、申请理由（知识条件，特长、兴趣，相关经历等）蛇形机器人的设计大致可分为结构设计和控制系统设计，结构设计分为二维结

3、构设计和三维结构设计，三维结构设计更能体现生物蛇的运动特点，三维设计并不困难，用Inventor即可实现。如下图：该图为蛇形机器人某一关节壳体的三维设计图。同时Inventor也可实现机器人的模拟装配，现附蛇形机器人的总装配图一张故用Inventor即可实现蛇形机器人的关节设计到虚拟装配的一系列问题。控制系统设计，通过机构设计和运动分析，我们可以得到机器蛇控制系统要进行以下工作：建立运动模式库，用来存储各种运动模式的数据，接受控制命令后，选择制定的运动模式对应的数据，更新运动参数，而后需要将运动数据依次传送给各关节，

4、通过末端控制器将关节数据转化为关节执行器——舵机的运动。 即控制系统的任务如下： 1) 与上位机（遥控器或者PC）通讯，接受运动指令； 2) 将运动数据传送给末端控制器； 3) 末端运动控制器控制末端执行器执行指令。自动避障系统传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。综合以上分析小组掌握了设计并完成蛇形机器人的知识条件。本小组组员均熟练掌握Inventor的相关操作，并有一定的机械制图基础，空间想象能力强，善于抽象思维，对机械制图，三维设计十分感兴趣，在工

5、图考试中均取得良好成绩。二、项目研究内容（目前研究的现状、研究方法、实验方案、解决的关键技术和创新点等）研究现状：仿生机器蛇是一种新型的仿生机器人，与传统的轮式或两足步行式机器人不同之处在于，它实现了像蛇一样的。“无肢运动”是机器人运动方式的一个突破因而被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人”。发达国家十分重视仿生机器蛇的研制和开发。从1972年日本东京工业大学的I-lirose教授研制出第一台至今，相继有数十台仿生机器蛇样机问世。目前，国外比较系统而深入地研究仿生机器蛇的机构主要有：日本东京工业大学的Hiros

6、c机器人实验室(H.F Robot Lab)、美国密歇根大学(University ofMichigan—UM)的移动机器人实验室(Mobfie Robotics Laboratory)、美国卡内基-梅隆大学(Carnegie Mellon University—CMU)的生物机器人技术实验室(Biorobotics Lab)等，其各期的样机基本包括了现有仿生机器蛇的所有重要特性。ACM Ⅲ仿生机器蛇由一系列轴线互相平行的模块连接构成，我们把这种连接方式称为“平行连接”。每个模块有独立的驱动器，为了避免运动时侧向滑动

7、同时减少切向摩擦力，每个模块底部装有滚动轮。它利用躯干上的每个单节的相互转动，使得整体按一定的曲线形式发生弯曲变化，产生向前的驱动力，使得整体在地面上滑行，其轨迹为一条蛇行蜿蜒曲线。ACM-R3仿生机器蛇采用“正交连接”。在每一节上都装有巨大的轮子，从整体来看，这些轮子具有一些新的效果。它们把仿生机器蛇内部包裹起来，并且具有像生物蛇的皮肤一样的摩擦效果，如果这些轮子碰到障碍物，它们会自行滚动或滑动，无需电机驱动。控制方面。ACM-R3的每一节都携带各自独立的控制系统电路用于自制。这些独立的电路各自直接同仿生机器蛇上的

8、主机联络，这样操作者通过无线遥控给主机发出命令，主机只要计算出每个关节应该转过的角度，然后传给它们，由它们完成后面的工作。ACM—R4和ACM-R5，ACM-R4是ACM-R3的升级版，只是改变了外壳的质地和增加了防水功能。ACM.R5仍然沿用了ACM.R3的关节连接方式，只是在机构上进行了改进，关节处外包了波纹管，使得关节活动更为灵活，并在每