蛇形机器人研究现状.pptVIP

机电控制基础与实践,（北航，沈阳自动化所，国防科大，国外） 王田苗 丑武胜 北京航空航天大学 机器人研究所,探索生物学、仿生学、新材料、智能控制等方面深刻机理。 开展多学科交叉领域的技术研究，通过综合实验平台，推动机械设计、传感器技术、伺服控制、人工智能、计算机科学等技术发展。 从事繁重劳动、危险作业、延伸人类大脑与四肢、医疗康复等，服务于社会。,研究意义 手脚，扑翼，游动，蠕动,什么是微小型仿生机器人技术？ 没有严格定义 模仿自然界动物与人的行为，基于微小型机电系统设计，研究机构、感知、控制与交互的机器人技术。 微小型，尺寸相对较小，低功耗，高性能，微机电系统设计 仿生，模仿自然界动物与人 机器人，帮助人类完成搬运、焊接、装配等任务的可编程控制机械装置或系统，希望具备感知、规划、控制、交互的功能,定义,发展趋势 仿生 多样 应用,日本京都大学研制的 蛇形搜救机器人“莫伊拉”,仿生机构,日本东京工业大学研制的 废墟搜索机器人,北航 SOLIDSNAKE 蛇形机器人,概述,近几年来，仿生机器人学正在机器人领域占有越来越重要的位置。对于障碍物众多、凸凹不平、以及狭窄地形等环境，类似蛇形的机器人有较大的运动优势，可以满足多种用途。 北京航空航天大学机器人研究所依托在仿生学领域取得的研究成果，结合国内外蛇形机器人的发展现状，发展了SolidSnake 蛇形机器人。,SOLIDSNAKE II,SolidSnake II蛇形机器人充分考虑了蛇类生物的运动特点，从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的运动形式。 采用模块化设计思路，每个关节均可很容易进行拆卸。机器蛇的8个关节整体形成一个高冗余度的结构体，很容易模仿实现蛇体的复杂运动形式。为了减少机器蛇的运动中的摩擦阻力，在机器蛇两侧安装有从动轮，实现了蛇体的平稳游动，增强了蛇形机器人的灵活性和机动性。 采用轻型耐磨塑料制造蛇形机器人的主要结构，既减轻了蛇体的重量，又降低了加工的成本。,硬件结构,SolidSnake II蛇形机器人设有多项预留位置，如配备局部控制器、位置及力矩侍服器、从动轮锁死装置等配套装置，可实现机器蛇环境识别和自主运动。在机器蛇的头部配置有红外线探测头，可反馈对环境的监视数据。 在电路设计上采用485总线联接。上位机为PC机控制，通过对总线的定时轮询来实现随时插拔关节。此设计能方便地实现替换任意关节，能根据不同任务随时拆卸安装新的关节，甚至实现带电插拔，极大的增强了蛇形机器人的可靠性和耐用性。,蛇形运动,SolidSnake 蛇形机器人在计算机的控制下实现了蠕动前进（后退）、游动前进（后退）、侧移、抬头，可在一定程度上实现自主运动。,扩展实验,SolidSnake II搭建了完善的软硬件开发平台，为后续的研究开发奠定了坚实的基础。 随着研究的深入展开，蛇形机器人研究与应用一定会有更广阔的天地。,沈阳中科院自动化所蛇形机器人原理样机 样机具有模块化、可重构的特点，蛇形机器人原理性样机能实现了蜿蜒、伸缩、上坡、跨障碍、侧行、翻滚等运动。,蛇形机器人功能样机,设计图,实物照片,蛇形机器人实验样机,型控制板,型控制板,钻洞探查,室内探查,抬头运动,爬坡运动,国防科大蛇形机器人,新型反恐机器人蛇形机器人 模块化、可重组机器人是在蛇形机器人的基础上更进一步，模块化和可重组的结合意味着： 机器人具有更好的经济性和可靠性； 机器人具有运动形式和功能上的多样性； 机器人能适应多种复杂环境，可完成的任务种类更多。,蛇形机器人,蛇形机器人是一种模仿蛇类蜿蜒运动的仿生机器人，它不同于传统的轮式或足式机器人，实现了类似于生物蛇的“无肢运动”，这是机器人运动方式上的一大进展。 蛇形机器人具有类似蛇的狭长体态，运动方式独特，因此具有着广阔的应用前景,模块化、可重组机器人,主要功能 该样机长1.0米左右，由多个结构和功能完全相同的模块构成。,蛇形机器人,主要功能 蛇形机器人自身还携带无线摄像机，可以将现场环境实时传回主控室，控制人员可以无线遥控指挥蛇机器人的运动。,蛇形机器人,主要功能 该样机长1米左右，每分钟可爬行.米，能做前进、后退、转弯、变速等动作,模块化、可重组机器人,主要功能 能组成蛇形构形,蛇形机器人,主要功能 可在普通路面、草地等环境中爬行,蛇形机器人,主要功能 穿上“蛇皮”后还可在水中自由游动,模块化、可重组机器人,国内外机器蛇设计特点,美国宇航局(NASA) NASA于1999年开始研究多关节的蛇形机器人,国内外机器蛇设计特点,德国人Gavin.H从约1997年开始从事蛇形机器人的研究工作，到目前为止共设计并制作了S1,S2,S3,S4,S5五代蛇形机器人，图2为S5,国内外机器蛇设计特点,德国GMD国家实验室也开发出了基于模块式结构和CAN总线的蛇形机器人，其结构为三维关节,仿生动物（蟒蛇、水蛇、可重构）,理论方法问题，仿生静态与动态模型，复杂模型计算方法，基于传感器变结构方法，往往是非线性、非定常问题， 多自由度灵巧机构，运动学与动力学，冗余与柔性，高效驱动装置， 感知与模式识别技术，内部姿态，外部环境，距离、力觉、触觉等，特别是视觉问题， 嵌入式控制技术：微小型硬件平台，高可靠性软件系统，高性能实时学习技术，基于传感器的群体行为智能控制技术， 人机交互技术，通讯，时延，临境与虚拟现实， 微小型机电系统设计、加工、装配， 微、仿、多、遥、网,关键技术挑战性研究 方向,主要介绍了微小型仿生技术与机