机器蛇说明书

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1、机器蛇说明书作者：徐亮，邹庆东，吴珂科，徐欢欢机器蛇，是一种新型的仿生机器人，具有低重心、多关节、多自由度、多冗余度等特点。它与传统的轮式或两足步行机器人不同的是，它实现了像蛇一样的“无肢运动”。我们设计的机器蛇具有前进、后退、拐弯、抬头、侧向翻滚等多种运动方式，并具有较强的环境适应能力。机器蛇的主要特点1、适应各种路面这种“无肢运动”最大的优点在于它能够在各种不同的路况下前进。轮式和两足步行机器人一般都只能在地面上行走，而且对路况的要求比较高。机器蛇的超多自由度使其身体具有柔软的特性，能够适应各种不同的工作地面，有较强的环境

2、适应能力。2、抗干扰能力强机器蛇还具有很强的抗干扰能力。首先，在运动过程中，机器蛇细长而柔软的身体始终接触地面而保持最低的身体重心，使其具有高度的稳定性。其次，由于我们的机器蛇四个侧面都是对称的，即使在运动时受到外界一些不确定因素的干扰，比如从斜坡上翻滚下来，或者外界推力使其翻身，机器蛇都可以自动判断当前应该将哪个侧面作为底面，并执行相应的运动程序，保持了机器蛇的运动能在复杂工况下连续进行。3、模块化设计机器蛇的各个关节在结构上是相同的，便于设计和维护，即机器蛇的执行单元具有机构上的可重构性。机器蛇系统的硬件和软件系统均易于采用

3、模块化设计，这些相同的模块在设计、制造、装配过程上是统一的，大大缩小了设计周期，降低制造成本，同时便于机器人的维护和零件的替换。4、可在狭小空间工作机器蛇身体比较小，更适合于在一些管道等窄小的地方行走，这也是普通机器人难以达到的。机器蛇的机械结构机器蛇在机械结构上采用了一种串联杆系结构，通过关节的相对转动角度达到相应的运动姿态以实现规定的运动。同时各个关节在结构上采用了模块化设计，以便于结构设计和维1护。机器蛇的每个关节均装有伺服舵机，各个关节模块以转轴为轴心，在电动机的驱动下，在平面内作90到90的旋转。相邻关节正交

4、连接，一个关节在偏转方向旋转，另一个关节在俯仰方向上旋转，结合起来就可以实现三维空间内的运动。机器蛇的运动模式机器蛇对自然界中的蛇的运动方式进行了模仿，如行波运动、拐弯、抬头、横向平移。同时还结合进了机器蛇自己特有的运动方式：侧向翻滚。由于在复杂的工作环境下，机器蛇的“腹部”不可能总是与地面接触，机器蛇具有不怕“翻身”的功能。1、行波运动机器蛇的主要运动方式是行波运动。行波运动是依靠波在体内传播而产生的。机体的部分关节与支持面接触，它们与支撑面之间作用力的大小和方向随蛇形机器人运动形态的变化而改变。各个接触关节在每一刻所受到的

5、摩擦力大小和方向不同，其合力为驱动力。所以，蛇形机器人的行波运动，可以适应复杂多变的作业环境，诸如穿越狭小的管道、跨越沟壑、爬坡、上楼梯、越障等。2、抬头运动抬头运动是模仿自然界中蛇抬头的一种运动。运动时，首先将蛇尾盘起来，作为支撑，后将蛇头抬到一定的高度，蛇头也可以根据要求进行偏转和俯仰。抬头运动的主要目的是为了有更好的空间观察能力，观测周围的环境。3、横向平移运动在自然界中，横向平移运动是沙漠中响尾蛇所常采用的一种运动步态。机器蛇在横向平移运动过程中，部分机体与地面接触，作为静态接触点，部分机体抬起实现空间侧移，如此反复，实

6、现侧向前进。由于运动过程中，机体是由上向下与地面接触的，所受的摩擦阻力较小，而且机体与地面有多个接触点，因此适2合沙漠、软土等低剪切运动环境。在松软和温度较高的沙漠环境中，如果机器蛇采用横向平移运动，由于其滑动摩擦阻力小，且部分机体与地面接触，可以大大提高运动的效率。4、侧向翻滚侧向翻滚运动是一种自然界中蛇所没有的特殊运动方式，是蛇体绕其体轴回转的一种运动模式，是通过机体在两个互相垂直的平面内形成两个弧形曲线的相互作用实现的。不同平面内两相邻模块的相互作用，产生了绕体轴的回转驱动力矩。通过调整弧形曲线的弧度，它可以实现与地面全接

7、触的纯侧向滚动或部分关节与地面脱离的空间滚动形式。机器蛇的控制系统在控制上我们采用无线遥控，由电脑向机器蛇的控制单元发出各种命令，操纵机器蛇的运动。在电脑上，由MFC界面操作电脑的串口向无线模块发送数据。蛇身上的主控单片机接受到无线模块的数据后，根据命令调用闪存内的运动程序，实现各种运动。蛇身上的控制方式采用了集中式控制。通过单片机的定时器和11个IO口控制全部的11个伺服舵机。由于11个电机带负载同时工作时的输出电流比较大，因此我们用两节3.7V，1800mAh的锂聚合物电池串联成一组电池，一共用两组电池分批给11个电机以及

8、控制电路供电。机器蛇的应用相对于传统的移动机器人，蛇形机器人具有很多优点，能够应用到很多复杂和危险的环境中。虽然目前蛇形机器人的研究尚处在实验阶段，但蛇形机器人有广泛的应用前景。机器蛇可以用于在有辐射、有粉尘、有毒及战场环境下，执行侦察任务；在地震、塌方及火灾