一種可重構(gòu)蛇形機器人的研究

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1、一種可重構(gòu)蛇形機器人的研究———陳麗王越超馬書根等文章編號：!""#$!%&!（&""%）!’$!%(!$"%一種可重構(gòu)蛇形機器人的研究陳麗王越超馬書根李斌摘要：提出了一種新型的可重構(gòu)蛇形機器人機構(gòu)。該機構(gòu)主要特點是單關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)模塊化，具有可適應地面形狀變化的柔性連接環(huán)節(jié)和類似于蛇腹鱗摩擦特性的機構(gòu)底部，手動可重構(gòu)，當單自由度關(guān)節(jié)軸線互相平行連接時，該機構(gòu)可實現(xiàn)多種平面運動形式，當單自由度關(guān)節(jié)軸線垂直依次連接時，形成的蛇形機器人具有兩自由度的關(guān)節(jié)，可進行多種空間運動。試驗結(jié)果證實，該蛇形機構(gòu)重量輕、控制簡單、運動靈活，能夠很好地仿生蛇的多種

2、運動形陳麗博士研究生式。關(guān)鍵詞：可重構(gòu)；蛇形機器人；平面運動；空間運動中圖分類號：)*&#文獻標識碼：+蛇形機器人已出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式，并實現(xiàn)萬向節(jié)式、連桿式、多脊骨相連式、軸線斜交球鉸了多種運動模式［!］。按照結(jié)構(gòu)形式的不同，蛇形等［(］，但是它們制造復雜、控制困難。本文基于可機器人可以分為兩類，第!類是由帶有輪子的模重構(gòu)思想，提出了一種兩自由度新型蛇形機器人塊串連而成，運動直接由輪子驅(qū)動或蛇體內(nèi)的行關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)由兩個單自由度關(guān)節(jié)組合而成。波傳播產(chǎn)生，目前此類蛇形機器人的代表機構(gòu)有單自由度關(guān)節(jié)可以看作為一個最小模塊化結(jié)主動索狀機構(gòu)（+.

3、/）［&］和變幾何桁架結(jié)構(gòu)［%］。第構(gòu)，每一模塊均由一個直流伺服電機驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)&類是由剛性桿組成的鏈狀結(jié)構(gòu)，運動由關(guān)節(jié)之簡單、容易控制、運動靈活。單自由度關(guān)節(jié)見圖間的扭轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生。目前此類蛇形機器人的代表!，主要由固定板、智能控制單元、活動板、仿蛇皮機構(gòu)有柔性關(guān)節(jié)單元蛇形機構(gòu)及二自由度模塊組底面、連接板組成。固定板、活動板、連接板材料成的蛇形機器人機構(gòu)［#，(］。為鋁合金。智能控制單元由一個控制板和一個直模塊可重構(gòu)機器人由許多模塊組成，這些模流伺服電機組成，整個單元安裝在固定板上，活動塊能以多種方式斷開或連接，形成具有不同功能板與下一模

4、塊的連接板相連接，因此電機的輸出的新系統(tǒng)。它有三個顯著特點，即通用性、魯棒性由活動板傳遞給下一單元，電機擺動幅度為1"2。和經(jīng)濟性。蛇形機器人具有模塊化結(jié)構(gòu)特點，因整個單自由度關(guān)節(jié)長度為,"33，寬度為%%33，此可重構(gòu)蛇機器人的研究，極大地擴寬了蛇形機高度為((33，重量約!""4。器人的應用領(lǐng)域。!0"摩擦底面設(shè)計!可重構(gòu)蛇形機器人的機構(gòu)設(shè)計自然界中的蛇借助于腹鱗與地面的作用力向!0!關(guān)節(jié)設(shè)計前運動，腹鱗的主要特性在于蛇運動時，其法向摩擦系數(shù)遠遠大于切向摩擦系數(shù)，防止運動時軀干側(cè)向滑動，提高了蛇運動的效率。目前，大多數(shù)蛇形機器人借助輪

5、子與地面接觸，利用其滾動和滑動摩擦系數(shù)的差別來改變運動時法向和切向摩擦系數(shù)比。但是，輪子無法適應復雜多變的運動環(huán)境，大大限制了蛇形機器人的作業(yè)能力。因此，無圖!單關(guān)節(jié)模塊示意圖輪的蛇形機器人更符合仿生原理，其關(guān)鍵是選擇蛇形機器人要實現(xiàn)空間運動，其關(guān)節(jié)至少應一種特殊材料作為機構(gòu)的皮膚來實現(xiàn)蛇的鱗片功能［#］，或從機構(gòu)角度進行設(shè)計和處理，實現(xiàn)機構(gòu)體具有兩個自由度，通常采用特制的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，例如與地面的摩擦系數(shù)特性?；谝陨系乃枷?，本樣收稿日期：&""&—",—"&機在機構(gòu)的底面刻有一定規(guī)律的條紋，來增加法基金項目：國家-’%高技術(shù)研究發(fā)展計劃資

6、助項目向和切向摩擦系數(shù)比。（&""!++#&&%’"）!0#柔性連接單元設(shè)計萬方數(shù)據(jù)·!%(!·中國機械工程第*8卷第*,期#//@年.月下半月蛇形機器人在凸凹不平的地面上運動時，為根據(jù)蛇形機器人結(jié)構(gòu)和運動特點，平面運動了實現(xiàn)運動的穩(wěn)定性可以采用一個柔性環(huán)節(jié)。的蛇形機器人可以簡化為平面連桿模型［#（見圖］［#］對$%&’()［*］的彈性裝置作了進一步改進。但#）。蛇形機器人在()*平面上運動，相鄰關(guān)節(jié)之!"以上裝置只解決了機器人對縱向凸凹狀況的適應性，沒有解決機器人可能出現(xiàn)的橫向傾斜問題。為此，本文設(shè)計了一種新型彈性裝置，水平連接在兩個模

7、塊之間，較好地解決了以上問題。!+"可重構(gòu)設(shè)計模塊可重構(gòu)系統(tǒng)有多種形式。按構(gòu)成模塊的種類可以分為同構(gòu)型和異構(gòu)型，同構(gòu)型是指系統(tǒng)由同一類模塊組成，異構(gòu)型是指系統(tǒng)由不同的模圖#蛇形機器人平面運動學模型塊組成。按模塊的組織形式可分為點陣式和非點間的相對轉(zhuǎn)角!（+"）為表征運動形狀的關(guān)節(jié)變陣式，點陣式機器人通常由同種模塊構(gòu)成，它需要量，可由式（*）積分得為運動而構(gòu)型，即系統(tǒng)的重心隨著系統(tǒng)構(gòu)型的改",-"（+"）#!（!.）<.#［,］"變而作相應的變化。非點陣式機器人可以邊運［-］(%;%&!(%;（#%&!",#%&!+）,%-（#）動邊構(gòu)型，

8、或把可重構(gòu)和運動階段分開。按可$#!/&’&*重構(gòu)的對接方式又可分為手動可重構(gòu)和自動可重式中，+為任意一個關(guān)節(jié)；-為每一模塊的長度；%*為曲率構(gòu)。對接是可重構(gòu)機器人的一個關(guān)鍵動作，它是偏差。指