蛇形机器人结构简介.ppt

机电控制基础与实践,（意义，特征，结构，问题） 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,(1) 蛇形机器人机构研究,生物蛇研究,蛇的肌肉骨骼 简化模型,蛇的肌肉骨骼 结构,生物蛇,蛇形机器人单自由度关节模块,关节模块设计,相邻关节模块连接示意图,蛇形机器人机构的构成,（2）蛇形机器人运动控制方法研究 蛇可以做多种动作来适应它所处的环境，但大体上可分为四种步态： 蜿蜒运动 直线运动 伸缩运动 侧向运动,蜿蜒运动,生物蛇的蜿蜒运动,直线运动,生物蛇的直线运动,伸缩运动,生物蛇的伸缩运动,侧向运动,生物蛇的侧向运动,蛇形机器人运动示意图,平面蜿蜒运动 平面蜿蜒运动是通过控制关节模块水平轴的关节保持直线，而垂直轴的关节呈正弦变化产生；采用的算法公式为：,(b)侧向运动 侧向运动是控制关节模块的垂直轴（yaw轴）的关节和水平轴（pitch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：,(c)伸缩运动 伸缩运动方式可以通过控制它的垂直轴（yaw轴）的关节保持直线，而水平轴（pitch轴）的关节呈正弦变化实现。它在垂直面内运动，适合穿越狭小的管道。,(d)翻滚运动 翻滚运动是控制关节模块的垂直轴的关节和水平轴的关节变化，采用的算法公式为：,（3）分布式控制系统和微型嵌入式控制器的研究,蛇形机器人原理样机控制系统结构,(a)原理样机控制系统,蛇形机器人控制系统结构,主控单元,执行 单元,CAN总线,执行 单元,执行 单元,. ,执行 单元,执行 单元,执行 单元,监控系统,机器人 控制系统,(b)分布式控制系统结构,已应用在: 拟人机器人 星球探测机器人,(c)微型嵌入式控制器的研究,特点：模块化 体积小 功能全 功耗低 现场可编程,（4）地面特征识别技术的研究,传感装置安装示意图,底面,识别平坦的硬地面、软土、沙地,(5)基于GPS的蛇形机器人定位方法的研究,对于用于野外工作的蛇形机器人，定位是个关键问题。基于GPS的定位方法是目前应用最广的方法。目前实验定位精度 15米 我们在探索应用我国的北斗导航定位系统进行定位的方案。,（6）应用研究,监控站,操作台,监视器,传 感 器,蛇形机器人,作业单元,蛇形机器人作业系统框图,应用,车底探查实验,结合国家反恐防暴的需求,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器人基本内涵、研究意义、关键技术、发展趋势。 嵌入式芯片、微机电系统、新材