蛇形机器人模块化结构设计与蜿蜒运动研究.pdf

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1、第34卷第1期坎l畈鼻蕾备Vo1．34NO．12016年1月MACHINERY&ElECTRONICSJan．2016蛇形机器人模块化结构设计与蜿蜒运动研究王生栋，查富生，王鹏飞，郭伟，李满天(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)摘要：基于生物蛇的结构特点，提出了一种模块化的蛇形机器人结构。在分析Serpenoid曲线的基础上，研究了蛇形机器人的运动轨迹，并将运动曲线离散化。然后，利用Matlab软件进行仿真，总结了各个参数对蛇形曲线形状的影响，确定了蛇形机器人蜿蜒向前和左右转弯时的蛇形曲线参数。关键词：蛇形

2、机器人；模块化结构设计；运动轨迹；曲线参数中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1001—2257(2016)01—0076—05ResearchontheSnake—likeRobot’sModularStructuralDesignandWindingMovementWANGShengdong，ZHAFusheng，WANGPengfei，GUOWei，LIMantian(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，Ch

3、ina)Abstract：Inthispaper，amodularmechanicaldesignisadoptedforthesnake—likerobotbasedonthesnake’Sbiologicalstructuralcharacteristics．Themovementtrackofthesnake—likerobotisstudied，andthemovementcurveiSdiscretizedbasedonanalysisoftheSerpenoidcurve．AndthroughMatlabsimulation，the

4、impactofvariousparametersontheshapeoftheserpenoidcurveisconcluded，andthecurveparametersofthesnake—likerobofswindingforward，turningleftandturningrightarealsodetermined．Keywords：snake—likerobot；modularmechanicaldesign；curvetrack；curveparameters运动方式_3]。在此，基于蛇形机器人的运动机理，0引言提出了一种蛇

5、形机器人结构模块化设计方案。然当今机器人的研究已经从传统的结构环境下后，通过分析蛇形机器人的运动特点，利用Matlab的应用研究中走出来，逐渐向崎岖山地、狭窄管软件，进行仿真分析，得出了适合蛇形机器人蜿蜒道、沙漠环境和楼梯攀爬等非结构环境下的实际运动的蛇形曲线参数。应用方面拓展。未来的机器人将在人类难以达到1蛇形机器人结构设计或有危险性的复杂环境里工作[1]。蛇形机器人是仿生机器人的热点研究领域之一，日本东京工业1．1蛇形机器人的运动方式大学的Hirose教授，在20世纪7O年代就开始了蛇形机器人的运动方式主要分为以下4种：针对蛇形机器人的相关

6、研究工作]，并且提出了a．蜿蜒运动。在这种运动方式下，蛇身在地模拟生物蛇蜿蜒运动的Serpenoid曲线，在实际应面上沿“S”状前进，而且蛇体在切向方向所受的摩用中取得了良好的效果。蛇形机器人模仿生物蛇擦力小于法向方向所受的摩擦力，从而产生推动的结构，在结构设计上具有高冗余度的特点，可以蛇身前进的推动力。相对于其他运动方式，蜿蜒实现蜿蜒运动、伸缩运动等运动方式在内的多种运动的运动效率高，但是所需要的运动空间较大，收稿日期：2015一O8一O4作者简介：王生栋(1990一)，男，山东泰安人，硕士研究生，研究方向为机器人技术与系统；查富生(1974

7、一)，男，黑龙江哈尔滨人，博士研究生导师，副教授，研究方向为神经网络算法；王鹏飞(1976一)，男，黑龙江哈尔滨人，博士研究生导师，副教授，研究方向为微小型机器人；郭伟(1965一)，女，黑龙江哈尔滨人，博士研究生导师，教授，研究方向为微小型机器人和仿生机器人；李满夭(1974一)，男，黑龙江哈尔滨人，博士研究生导师，教授，研究方向为仿生机器人。·76·锣倾鼻霄吾表2蛇形机器人技术参数表当参数n，6，C取不同值时，蛇形曲线的形状也会模块数量随之发生变化，代表了蛇形机器人不同的运动形态。关节模块长度／mm当参数a，6，C分别取不同值时，蛇形曲线的

8、形状如图蛇身总长／ram3～图5所示。图3中，将参数6，C固定，并令6—47r，C蛇身直径／mm=0，改变参数a，分别令a一7c／3，,t／2，2=／