蛇形机器人研究现状

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1、机电控制基础与实践（北航，沈阳自动化所，国防科大，国外）王田苗丑武胜北京航空航天大学机器人研究所探索生物学、仿生学、新材料、智能控制等方面深刻机理。开展多学科交叉领域的技术研究，通过综合实验平台，推动机械设计、传感器技术、伺服控制、人工智能、计算机科学等技术发展。从事繁重劳动、危险作业、延伸人类大脑与四肢、医疗康复等，服务于社会。研究意义－手脚，扑翼，游动，蠕动什么是微小型仿生机器人技术？没有严格定义模仿自然界动物与人的行为，基于微小型机电系统设计，研究机构、感知、控制与交互的机器人技术。微小型，尺寸相对较小，低功耗，高性能，微

2、机电系统设计仿生，模仿自然界动物与人机器人，帮助人类完成搬运、焊接、装配等任务的可编程控制机械装置或系统，希望具备感知、规划、控制、交互的功能定义发展趋势仿生多样应用日本京都大学研制的蛇形搜救机器人“莫伊拉”仿生机构日本东京工业大学研制的废墟搜索机器人北航SOLIDSNAKE蛇形机器人概述近几年来，仿生机器人学正在机器人领域占有越来越重要的位置。对于障碍物众多、凸凹不平、以及狭窄地形等环境，类似蛇形的机器人有较大的运动优势，可以满足多种用途。北京航空航天大学机器人研究所依托在仿生学领域取得的研究成果，结合国内外蛇形机器人的发展现

3、状，发展了SolidSnake蛇形机器人。SOLIDSNAKEIISolidSnakeII蛇形机器人充分考虑了蛇类生物的运动特点，从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的运动形式。采用模块化设计思路，每个关节均可很容易进行拆卸。机器蛇的8个关节整体形成一个高冗余度的结构体，很容易模仿实现蛇体的复杂运动形式。为了减少机器蛇的运动中的摩擦阻力，在机器蛇两侧安装有从动轮，实现了蛇体的平稳游动，增强了蛇形机器人的灵活性和机动性。采用轻型耐磨

4、塑料制造蛇形机器人的主要结构，既减轻了蛇体的重量，又降低了加工的成本。硬件结构SolidSnakeII蛇形机器人设有多项预留位置，如配备局部控制器、位置及力矩侍服器、从动轮锁死装置等配套装置，可实现机器蛇环境识别和自主运动。在机器蛇的头部配置有红外线探测头，可反馈对环境的监视数据。在电路设计上采用485总线联接。上位机为PC机控制，通过对总线的定时轮询来实现随时插拔关节。此设计能方便地实现替换任意关节，能根据不同任务随时拆卸安装新的关节，甚至实现带电插拔，极大的增强了蛇形机器人的可靠性和耐用性。蛇形运动SolidSnake蛇形

5、机器人在计算机的控制下实现了蠕动前进（后退）、游动前进（后退）、侧移、抬头，可在一定程度上实现自主运动。扩展实验SolidSnakeII搭建了完善的软硬件开发平台，为后续的研究开发奠定了坚实的基础。随着研究的深入展开，蛇形机器人研究与应用一定会有更广阔的天地。沈阳中科院自动化所－蛇形机器人原理样机样机具有模块化、可重构的特点，蛇形机器人原理性样机能实现了蜿蜒、伸缩、上坡、跨障碍、侧行、翻滚等运动。蛇形机器人功能样机设计图实物照片蛇形机器人实验样机Ⅱ型控制板Ⅰ型控制板钻洞探查室内探查抬头运动爬坡运动国防科大－蛇形机器人新型反恐机器

6、人－蛇形机器人模块化、可重组机器人是在蛇形机器人的基础上更进一步，模块化和可重组的结合意味着：机器人具有更好的经济性和可靠性；机器人具有运动形式和功能上的多样性；机器人能适应多种复杂环境，可完成的任务种类更多。蛇形机器人蛇形机器人是一种模仿蛇类蜿蜒运动的仿生机器人，它不同于传统的轮式或足式机器人，实现了类似于生物蛇的“无肢运动”，这是机器人运动方式上的一大进展。蛇形机器人具有类似蛇的狭长体态，运动方式独特，因此具有着广阔的应用前景模块化、可重组机器人主要功能该样机长1.0米左右，由多个结构和功能完全相同的模块构成。蛇形机器人主要

7、功能蛇形机器人自身还携带无线摄像机，可以将现场环境实时传回主控室，控制人员可以无线遥控指挥蛇机器人的运动。蛇形机器人主要功能该样机长1米左右，每分钟可爬行１５.６米，能做前进、后退、转弯、变速等动作模块化、可重组机器人主要功能能组成蛇形构形蛇形机器人主要功能可在普通路面、草地等环境中爬行蛇形机器人主要功能穿上“蛇皮”后还可在水中自由游动模块化、可重组机器人国内外机器蛇设计特点美国宇航局(NASA)NASA于1999年开始研究多关节的蛇形机器人国内外机器蛇设计特点德国人Gavin.H从约1997年开始从事蛇形机器人的研究工作，到目

8、前为止共设计并制作了S1,S2,S3,S4,S5五代蛇形机器人，图2为S5国内外机器蛇设计特点德国GMD国家实验室也开发出了基于模块式结构和CAN总线的蛇形机器人，其结构为三维关节仿生动物（蟒蛇、水蛇、可重构）理论方法问题，仿生静态与动态模型，复杂模型计算方法，