一种桨身融合蛇形两栖子母机器人的机构设计和运动学仿真.pdf

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1、第36卷第2机器人ROBOTVbMI．36．No．22014年3月ar．．2014—一—=====一D0I：l0．3724／SRJ．12l8．2014．00224一种桨身融合蛇形两栖子母机器人的机构设计和运动学仿真李彦文，李擎，苏中，刘福朝(北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室，北京100101)摘要：为实现机器人拓展仿生、多模式运动、多子体协作等要求，完成了一种新型两栖机器人的机构设计．将蛇形机器人和类水母的游动方式相结合，区别于传统的轮桨鳍腿足等设计理念，参照翼身融合、船桨划水以及壁虎断尾的原理，分别采用厂桨身融合、桨叶可开合和子母分体等新概念．为验证设计，

2、研制了包括子体、关节部和分体部在内的机器人各部分．最后通过各运动机构的数学模型结合UG运动机构仿真、MATLAB数值分析和实物试验验证J，机器人各部分设计的合理性和可行性．关键词：桨身融合体；子母分体；两栖蛇形机器人；机构设汁；运动学中图分类号：TP242．3文献标识码：A文章编号：1002—0446(2014)一02—0224—09MechanismDesignandKinematicsSimulationofaSnake—likeAmphibiousMother-DaughterRobotwithBlended-Oar-BodyLIYanwen，LIQing，SuZh

3、ong，LIUFuchao(BeqingKeyLaboratoryofHighDynamicNavigationTechnology，UniversityofBeijingInformationScience＆Technology．Beqing100101．China)Abstract：Tomeettherequirementsofrobot’Sbionicexpansion．multimodelocomotionandmulti—daughtercoilaboration．themechanismdesignofanewkindofamphibiousrobotispr

4、esented．Theswimmingmodesofsnakeandjellyfisharecombinedintherobotdesign．Furthermore，referringtOtheprinciplesofblended—wing—body，oarpullingandtailcuttingescapewayofahouselizard，thisdesignusessomenewdesignconceptslikeblended—oar-body，hingedoarandmother—daughterseparablebodyotherthanthetradit

5、ionaldesignsofwheel，propellerandfinleg．Toverifythedesign，thedaughterpart，thejointpartandtheseparablepartoftherobotarealldeveloped．Withthemathematicalmodelsofeachmotionmechanism，therationalityandfeasibilityoftherobotparts’motionmechanismdesignsarefinallyprovedbyUGmotionsimulation，MATLABnum

6、ericalanalysisandthetestexperiments．Keywords：blended—oar—body；mother-daughterseparablebody；amphibioussnake—likerobot；mechanismdesign；kine—matics1引言(Introduction)且其易于实现模块化加工和组合安装更换维修，因而在国内外的研究中很受关注，并己经取得不错的仿生机器人能够实现生物所具有的某种能力或成果，其中以东京T业大学研制的ACM．R5机器特性．仿生水陆两栖机器人具有两栖动物所具有蛇和瑞士的水陆两栖火蜥蜴机器人运动最为强

7、大灵的水陆运动能力和环境适应能力，但存在自由度数活．ACM—R5以双自由度关节的扭转为动力并辅以多、控制复杂、运动缓慢等不足，现有仿生对象涵躯体表面的翼面结构实现其水中游动，陆地运动则盖了海龟、螃蟹、蝾螈以及某些鱼类，并进一步出依靠蛇形蜿蜒并辅以被动轮提升其运动速度；火蜥现了异型鳍或结合螺旋桨的机器人，从单纯的仿生蜴机器人在陆地上行走时，主要依靠身体下面的4提炼升华到独立设计．从水陆运动模式上来概括，条可以转动的腿和弯曲成“S”形的脊柱，当它下当前两栖机器人主要集中在轮腿式、足鳍式、桨叶水后，脊柱扭动的频率会加快，尾部提供前进