一种新型的攀爬蛇形机器人

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1、第20卷第1期苏州市职业大学学报Vol.20,No.12009年3月JournalofSuzhouVocationalUniversityMar.,2009一种新型的攀爬蛇形机器人孙洪（苏州市职业大学电子信息工程系，江苏苏州215104）摘要：针对蛇形机器人最常采用的三种关节连接方式:平行连接、正交连接和万向节连接,通过典型实例进行了工作空间的分析和比较,提出了一种具有万向节功能的P-R(pitch-roll)模块.该模块结构简单、便于控制,所组成的蛇形机器人理论上可以实现各种三维攀爬动作.最后通过研制的新型攀爬蛇形机器人样机,验证了P-R模块的

2、可实现和灵活性．关键词：蛇形机器人；平行连接；正交连接；万向节连接；P-R模块；工作空间中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：1008-5475(2009)01-0027-05ANewStyleClimbingSnakelikeRobotSUNHong(DepartmentofElectronicInformationEngineering,SuzhouVocationalUniversity,Suzhou215104,China)Abstract:Threemostdominantjoints'links,namelyparallell

3、ink,orthogonallinkanduniversaljointlink,ofsnakelikerobotwerepresentedbytypicalmodels.Basedonexamples,theiroperatingspaceswereanalyzedandcompared.Thenanewfunctionalmoduleforjoints'combination,namedPitch-Roll,waspresented.Thismodulehasthefunctionofuniversaljoint,butissimplertoi

4、mplementandeasiertocontrol.Asnakelikerobotbasedonthislinkmodulecantheoreticallyperformalltypesofmaneuversin3Dspaces.Finally,theprototypeofanewtypesnakelikerobotbasedontheP-Rmodulewasproduced,whichfurtherverifiedtheagilityofP-Rmodule.Keywords:snakelikerobot;parallellink;orthog

5、onallink;universaljointlink;P-Rmodule;operatingspace蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支,从1972年日本东京大学的Hirose教授研制出第一台样机至今,相继有数十台蛇形机器人样机问世.这些样机能实现在平面上蜿蜒爬行、侧滑、翻滚等二维运动,在爬行中抬头或爬台阶、翻越较低障碍等三维运动,而对于更为复杂的如爬树等三维运动则甚为少见.本文将通过典型实例对几种样机的连接方式进行分析比较,提出一种新的连接方式,并基于该连接方式研制蛇形机器人样机,以期能够开发出结构简单、便于控制、具有多种运动模式的、能

6、爬树的攀爬型蛇形机器人,它可实现空中侦察、管外壁检测、电杆高空线路维修等功能,其应用前景十分广阔.1常见蛇形机器人关节连接方式蛇形机器人是一种无固定基座、多关节、多自由度的链式柔性机器人,它由多个相同或相似的单元模块连接组成,其运动模式和工作空间决定于各单元模块间的连接方式.综合考察各种样机,蛇形机器收稿日期：2008-11-26；修回日期：2009-01-16作者简介：孙洪(1972-),女,山东济南人,讲师,博士,主要从事工业机器人和仿生机器人研究.-27-苏州市职业大学学报第20卷人不外乎有如下三种关节连接方式:平行连接、正交连接、万向节连

7、接,如图1所示.DŽÄGೝႜ૶থ>>>>>>>>>>>>>DŽÅGኟ঍૶থ>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>DŽÇGྤၠব૶থ>>>>>>೒1ϝ⾡䖲᥹ᮍᓣⱘḋᴎ1.1平行连接平行连接是使用最早也是最多的连接方Z式.ShigeoHirose研制的世界上第一台蛇形机[1]器人ACMIII,国内国防科技大学周旭升等[2]研制的蛇形机器人,上海交通大学黄恒等人Y[3]研制的我国第一台微小型仿蛇机器人样机等,均采用的是平行连接方式.由图1(a)可见,所谓平行连接,是组成蛇形机器人的单元模块间均以转动副相连,各转动副的轴线互相平X

8、行且垂直于蛇体纵轴线,如图2(a)所示,执行单元为两个连杆铰接,其工作空间是一个二FÄG࠲ব૶থ๖ᅪ཮FÅG߾ፕ੣क़维平面内以连杆长度为