搜救机器人运动机理分析与仿真研究.pdf

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1、32卷第02期计算机仿真2015年02月文章编号：1006—9348(2015)02-0359-05搜救机器人运动机理分析与仿真研究胡胜海，赵晓丽(哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)擅要：为了开发一种能够在废墟狭窄空间中运动的搜救机器人，模仿尺蠖结构和运动特征，提出了具有多自由度易变形的仿生尺蠖移动机器人。搜救机器人在灾难现场运动时环境复杂、障碍物多，针对机器人在瓦砾狭小的空问移动运动策略较难确定的问题，提出了一种通过分析仿生生物肌肉组织的机械性能获得运动策略的方法。数值仿真结果表明尺蠖生物运动能够满足机器人多自由度的变形

2、运动，姆决了运动策略问题，为仿生尺蠖移动机器人实现移动搜救功能提供运动控制理论基础。关键词：搜救机器人；仿生尺蠖；运动机理中圈分类号：033文献标识码：BMovementMechanismandSimulationAnalysisofSearchingandRescuingRobotforEarthquakeHUSheng—hai．ZHAOXiao一1i(CollegeofMechanicalElectricalEngineering，HarbinEngineeringUniversity，HarbinHeilon商iang150001，Ch

3、ina)ABSTRACT：Inordertodevelopawaytorubbleintheearthquakeandrescuerobotmotiondetection，accordingtothehydrostaticskeletal—muscularsystemprinciple，aflexiblebiomimeticinchwormmobilerobotwithmultiplede-greesoffreedomisdesigned．Forsearchandrescuerobotmovementinthecomplexenvironme

4、ntofthedisastersite，manyobstacles，identifiedintherubbleforasmallrobotmotioncontrolproblemspacesstrategy，amethodispresen—tedtoanalyzethemovementcontrolstrategybionicmechanicalpropertiesofbiologicalmuscletissue．Simulationre·suitsshowthatthebiologicalmusclesinchwormrobotcanmee

5、tmultipledegreesoffreedommotioncontrolstrategytosolvetheproblem，andthebionicinchwormmobilerobotisabletOachievemobilesearchandrefcuefunctions．KEYWORDS：Searchingandrescuingrobot；Bionicinchworm；Movementmechanisml引言近几年来，由于自然灾害频发(地震、山崩和泥石流等)，造成道路破坏，建筑物垮塌，人员被埋等危害，灾害最紧急的事情就是搜救废墟中的

6、幸存者，搜救机器人体积小、灵活等优点成为协助救援人员搜救的有效工具⋯。近几年美国、日本等发达国家通过模仿生物结构和运动形式研制了各种各样的仿生搜救机器人，例如蛇形机器人、蜘蛛形机器人、飞行机器人等。这些机器人在工作时也存在着一些问题，如不能在狭窄的空间行走、控制方式不可靠、防水性不好等心．3】。本文通过探索尺蠖运动规律，对生物体运动机理进行分析，设计出能够在狭窄空间行走的仿生尺蠖移动机器人，提出一种基金项目：国家自然科学基金项目(51175099)收稿日期：2014—04—08修回日期：2014—05—23通过分析仿生生物肌肉组织的机械性能解

7、决运动策略的方法。2尺蠖肌肉结构和收缩机理2．1尺蠖躯体结构尺蠖属于无脊椎动物中的节肢动物，如图l所示，尺蠖身体分为头、胸、腹三部分，胸部由三节组成，每节有步行肢一对，腹部由十一节组成，末节为尾节，腹足2对，爬动时弓背而行，故称为“尺蠖”[4j】。节肢动物的肌肉系统是由成束肌纤维组成的肌肉。肌纤维为横纹肌，与表皮脱离形成肌肉束。完整的肌肉层的肌纤维，肌肉层分节增长，形成若干环肌(C)和纵肌(L)，这些肌肉由沿着体长的节间结缔组织所分开如图2所示。2．2尺蠖爬行运动机理尺蠖采用蠕动的方式向前爬行，移动过程是一个周期运．．．——359．．．——／

8、腹部：_c<’毋≥腹足胸部图1尺蠖结构示意图头部图2尺蠖体节肌肉示意图动。首先，胸部步行肢锚定在基底上，腹足向前爬行，使躯体弓起，而后腹足锚定在基底上，步行肢松开，