仿蛇变体机器人运动机理研究98987new

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1、第uw卷第u期机器人∂²¯quwo²quΡΟΒΟΤussu年v月¤µ¦«oussu文章编号}tssu2swwykussulsu2stxw2sxΞ仿蛇变体机器人运动机理研究刘华颜国正丁国清k上海交通大学信息检测技术及仪器系usssvsl摘要}本文设计了一种蛇形机器人o分析了蛇形机器人的结构o详细讨论了蛇形机器人的运动机理和几何结构关系o并推导出蛇形机器人的控制算法和相应的控制程序o蛇形机器人在程序控制下能够向前!向后运动o在一定程度上实现了蛇的运动q关键词}蛇形机器人~运动机理~控制算法中图分类号}×°uw文献标识码}ΡΕΣΕΑΡΧΗΟΝΤΗΕΛΟΧΟΜΟΤΙΟΝΜΕΧΗΑΝΙΣΜΟΦΤΗΕ

2、ΣΝΑΚΕ−ΛΙΚΕΡΟΒΟΤ∏¤≠∏²2½«¨±ª∏²2´¬±ªkΔεπταρτμεντοφΙνφορματιονΜεασυρεμεντΤεχηνολογψανδΙνστρυμεντσοφΣηανγηαιϑιαοτονγΥνιϖερσιτψousssvslΑβστραχτ}׫¬¶³¤³¨µ³µ¨¶¨±·¶¤¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·q׫¨¶·µ∏¦·∏µ¨²©·«¨¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·¬¶§¬¶¦∏¶¶¨§q׫¨¯²¦²2°²·¬²±°¨¦«¤±¬¶°¤±§·«¨ª¨²°¨·µ¼¤±¤¯¼¶¬¶²©·«¨¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·¤µ¨¤±¤¯¼½¨§¦¤µ¨©∏

3、¯¯¼q׫¨¦²±·µ²¯¤¯ª²µ¬·«°¥¤¶¨§²±·«¨¯²¦²°²·¬²±°¨¦«¤±¬¶°¤±§·«¨ª¨²°¨·µ¼¤±¤¯¼¶¬¶¬¶¤¯¶²§¨§∏¦¨§q׫¨¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·¦¤±°²√¨©²µ2º¤µ§¤±§¥¤¦®º¤µ§¦²±·µ²¯¯¨§¥¼·«¨¤¯ª²µ¬·«°q׫¨¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·¦¤±µ¨√¨¤¯·«¨¯²¦²°²·¬²±²©·«¨µ¨¤¯¶±¤®¨¬±¶²°¨§¨ªµ¨¨qΚεψωορδσ}¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·o¯²¦²°²·¬²±°¨¦«¤±¬¶°o¤¯ª²µ¬·«°1引言kΙντροδυχτιονl本质上

4、解决其动作机理!对自然环境的适应性!有效控制等方面的问题o因而研究成果停留在实验室样us世纪

5、s年代以来o机器人的应用开始从制造机阶段q仿生技术!计算机技术和控制技术的发展和领域向非制造领域k比如o宇宙探测!海底探查!管道成果o为基于蛇类生物的多节!多自由度机器人研敷设和检修!医疗!军用!服务!娱乐等方面l扩展o从究o特别在其体态控制的理论和方法!动作原理!系而基于非结构环境!极限环境下的先进机器人k特种统构成!实现和控制算法等方面的研究提供了强有机器人l技术及其应用研究已成为智能机器人技术力的支持≈t∗v o并取得了一些成果q德国研究者¨µ±2研究和发展的重点q非结构环境下机器人的关键技

6、«¤µ§¯¤¤¶¶¨±和¤µ¯q°¤¤³认为研究基于蛇类生术之一在于机器人系统对环境的适应性!相容性o从物的多节!多自由度机器人的关键是机器人的自主而基于仿生学原理及针对相应环境信息机器人的控控制o以及一定结构下机器人体态变化过程中的有制算法!行动策略和运动原理等的研究也就成为国效控制问题q因此o通过设置在机器人上的运动支承际先进机器人k特种机器人l技术研究的主攻目标o轮及各关节一定时序的控制来模拟生物蛇的动作o不断有适应特定环境先进机器人研究成果的报导q从而实现机器人的驱动运动≈u ~日本东京大学的∏¦针对障碍物众多!凹凸不平等非结构环境o研究∞≥!≠¤¶∏°¤¶¤≠等人也有类似研究的报

7、导较多和较早的是基于蛇类生物的多节!多自由报导q显然o这些研究仅仅是对一种运动原理的模度机器人o可到目前为止o该类机器人研究还没能从Ξ基金项目}上海市曙光计划资助项目k项目编号

8、{≥t{lq收稿日期}usstpswptx第uw卷第u期刘华等}仿蛇变体机器人运动机理研究txx拟o没有考虑环境因素o而且由于运动支承轮的存2仿蛇变体机器人的实际结构kΤηεστρυχτυρε在o机器人系统很难应用于障碍物众多!凹凸不平的οφτηεσνακε−λικεροβοτl自然环境q为此o文献≈v 进一步研究了蛇类生物的研制的仿蛇变体机器人结构如图t所示o其截运动机理o利用行波运动o通过相应的机械设计及电面尺

9、寸为vs≅vs°°o总长为vss°°q由ts节组成o机驱动o研制成仿蛇机器人系统样机o对其运动机相邻两节的相对转动由步进电动机!齿轮机构及联理!结构特性!控制算法!数学模型进行了详细论证o接件驱动和控制o如图v所示o图中的大小圆为一对试图开发其在上述环境中的应用q日本¥¤µ¤®¬大学啮合的齿轮o步进电机与小齿轮固联q机器人每节长系统工程系的≥«∏ª¨±进一步研究了生物蛇行度相同o设为λ°°o头部和尾部的长度为节长的一进过