仿生机器蛇的设计.pdf

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1、电子技术设计与应用ElectronicsDesign&Application电子10．3969~．issn．1000—0755．2014．06．017仿生机器蛇的设计王剑许晓飞(北京信息科技大学自动化学院)摘要：文章主要描述仿生机器蛇的设计，包括机器蛇的结构设计和运动规划连贯动作的实现。iJ蛇形机器人在有障碍物和无障碍物环境中，进行不同连贯动作的运动规划和运动形式变化，找出机器的不同侧重点；最后，将对本文的不足和实验时所遇到的困难进行总结，并加以展望。关键词：蛇形机器人；仿生；运动规划Designof

2、BionicSnake—likeRobotWangJianXuXiaofei(SchoolofAutomation，BeijingInformationScienceandTechnologyUniversity)Abstract：Thispaperdescribesthedesignofbionicsnake—likerobot，includingthestructuredesignaimplementationofmotionplannedcoherentmovementofthesnake—li

3、kerobot．Whenthesnake—likerobotiSdifferentenvironmentswithobstacleandwithoutobstacle．motionplanningandmotionformvari~ionofdicoherentactionsarecarriedouttofindoutthedifferentemphasispointsofrobotdesign；Finally,thesummarizestheshortcomingsandthedificulties

4、encounteredintheexperiment，andmakestheprospect．Keywords：snake—likerobot；bionic；motionplanning0引言随着社会的发展，人类的需要，一些在特定环境中拥有独特技巧和能力的机器人应运而生，蛇形机器人就是其中一种。蛇形机器人是根据蛇的骨骼和运动原理所制造的仿生机器人，凭借其独特的运动形式和身体结构，应用前景可以说是无可限量。1系统总体构成图l仿生机器蛇的结构设计本文所研究的蛇形机器人采用SolidSnake(SS)舵机的

5、直接控制，电源控制板为所有的舵机{机构设计。SolidSnake~lJ用垂直和水平方向正交的力，最后经过多次的调试，仿生机器蛇即可l关节来模拟蛇类生物柔软的身体，每两个正交的关节一套连贯的动作。组成一个单元体，每个单元体相当于一个万向节，具有两个方向的自由度，整体形成一个高冗余度的结构体。这样的机构设计使蛇体具有向任何方向弯曲的能力。其壳体机构、舵机与壳体安装方式和两个单元连接方式，即以垂直一水平一垂直的方式相连接，以模仿生物蛇的关节，如图1所示。图l仿生机器蛇的结构设计(参见右栏)系统总体设计框图如

6、图2所示。首先在计算机上测试每个插座对应的舵机，简而言之就是对号入座，2仿生机器蛇的运动规划首先找出每个舵机的零点位置，然后编程，将己编要想完成仿生机器蛇在现实环境中自由j写好的程序下载到控制板里面，通过控制板实现对就需要先对其进行运动力学分析和路径规划。电子技术设计与应用ElectronicsDesign&Application电子技术2．1仿生机器蛇的运动力学分析2．2仿生机器蛇的路径规划本文所研究的蛇形机器人由垂直方向与水平方所谓的路径规划就是指在障碍物的环境中，按向交替连接，依次可以做二维运动

7、。而每个舵机的照某一特定的评价标准，寻找一条从起始状态到目范围在-90。～+90。之间。当蛇形机器人在平面上标状态的不会发生任何碰撞的路径。如果把运动物运动时，它的运动示意图如图3所示。体看作是所研究的问题的某种状态，把障碍物看成是所要解决的约束条件，无碰撞路径规划就是满足次约束的解，因此空间路径规划可以描述成求解满足约束条件的过程。为了更好地理解路径规划，可以将其分解成两个问题。(1)寻找空间问题。在某个指定区域R内，确定物体的安全A位置，使其不与在次空问内的已有物体B发生碰撞。(2)寻找路径问题。

8、在以上指定区域R内，确定物体A从初始位置到目标位置的安全途径，使其3蛇形机器人运动不恿在移动过程中物体A与物体B不发生碰撞。(1)平面蜿蜒运动。平面蜿蜒运动是通过控制图4表示的就是在障碍物环境中物体A在不碰撞关节模块水平轴的关节保持直线，而垂直轴的关节物体B的情况下到达指定区域。呈正弦变化实现；采用的算法公式为：)=n(等H+(1)(2)侧向运动。侧向运动是控制关节模块的垂直轴的关节和水平轴的关节都呈正弦变化，两个曲线之间有一个相位差；采用的算法公式为：