蛇形机器人结构简介学习教案

1、会计学1蛇形蛇形(sh xn)机器人结构简介机器人结构简介第一页，共27页。发展趋势发展趋势仿生仿生多样多样(du yn)应用应用第2页/共27页第二页，共27页。日本京都大学研制(ynzh)的蛇形搜救机器人“莫伊拉”l仿生机构仿生机构(jgu)日本东京工业(gngy)大学研制的废墟搜索机器人第3页/共27页第三页，共27页。(1)蛇形机器人机构(jgu)研究生物生物(shngw)蛇研蛇研究究 蛇的肌肉骨骼蛇的肌肉骨骼简化简化(jinhu)(jinhu)模型模型 蛇的肌肉骨骼蛇的肌肉骨骼结构结构 生物蛇生物蛇第4页/共27页第四页，共27页。 蛇形机器人单自由度关节蛇形机器人单自由度关节(gu

2、nji)(gunji)模块模块关节模块关节模块(m kui)设计设计第5页/共27页第五页，共27页。 相邻关节模块连接示意图相邻关节模块连接示意图蛇形蛇形(sh xn)机器人机构的机器人机构的构成构成第6页/共27页第六页，共27页。（2 2）蛇形机器人运动控制方法研究）蛇形机器人运动控制方法研究 蛇可以做多种动作来适应蛇可以做多种动作来适应(shyng)(shyng)它所处的环境，但大体上可分为它所处的环境，但大体上可分为四种步态：四种步态： 蜿蜒运动蜿蜒运动 直线运动直线运动 伸缩运动伸缩运动 侧向运动侧向运动 第7页/共27页第七页，共27页。蜿蜒蜿蜒(wn yn)运动运动 生物蛇的蜿

3、蜒生物蛇的蜿蜒(wn (wn yn)yn)运动运动第8页/共27页第八页，共27页。直线运动直线运动 生物生物(shngw)(shngw)蛇的直线蛇的直线运动运动第9页/共27页第九页，共27页。伸缩伸缩(shn su)运动运动 生物蛇的伸缩生物蛇的伸缩(shn su)(shn su)运动运动第10页/共27页第十页，共27页。侧向侧向(c xin)运运动动 生物生物(shngw)(shngw)蛇的侧向蛇的侧向运动运动第11页/共27页第十一页，共27页。)( yawi)(pitchi 蛇形蛇形(sh xn)(sh xn)机器人运机器人运动示意图动示意图第12页/共27页第十二页，共27页。(

4、a)(a) 平面蜿蜒运动平面蜿蜒运动(b)(b) 平面蜿蜒运动是通过平面蜿蜒运动是通过(tnggu)(tnggu)控制控制关节模块水平轴的关节保持直线，而垂直轴的关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：节呈正弦变化产生；采用的算法公式为： lKinKsLKnKsnnni10)22sin()sin(2)(第13页/共27页第十三页，共27页。(b)侧向运动侧向运动是控制关节(gunji)模块的垂直轴（yaw轴）的关节(gunji)和水平轴（pitch轴）的关节(gunji)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：lKinKsLKnKslK

5、inKsLKnKsnnninnni1010)22sin()sin(2)()22sin()sin(2)(第14页/共27页第十四页，共27页。(c)伸缩运动伸缩运动方式可以通过控制它的垂 直 轴 （ y a w 轴 ） 的 关 节 保 持(boch)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。lKinKsLKnKsnnni10)22sin()sin(2)(第15页/共27页第十五页，共27页。(d)翻滚(fngn)运动翻滚(fngn)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：lKsLKnKslKsLKnKsnninni10

6、10)2cos()sin(2)()2sin()sin(2)(第16页/共27页第十六页，共27页。（3）分布式控制系统）分布式控制系统(kn zh x tn)和微型和微型嵌入式控制器的研究嵌入式控制器的研究 蛇形蛇形(sh xn)(sh xn)机器人原理样机控制系统结构机器人原理样机控制系统结构(a)(a)原理原理(yunl)(yunl)样机控制样机控制系统系统第17页/共27页第十七页，共27页。 蛇形机器人控制系统蛇形机器人控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)结构结构主控单元主控单元(dnyun)执行执行(zhxng)单元单元CAN总线总线执行执行单元单元执行执行单元单

7、元. 执行执行单元单元执行执行单元单元执行执行单元单元监控系统监控系统机器人机器人控制系控制系统统(b)(b)分布式分布式控制系统结构控制系统结构已应用在已应用在: : 拟人机器人拟人机器人 星球探测机器人星球探测机器人第18页/共27页第十八页，共27页。(c)微型微型(wixng)嵌入式控制嵌入式控制器的研究器的研究 特点特点(tdin)(tdin)：模块：模块化化 体积小体积小 功能全功能全 功耗低功耗低 现场可编程现场可编程 第19页/共27页第十九页，共27页。（4 4）地面特征）地面特征(tzhng)(tzhng)识别技术识别技术的研究的研究传感器传感器压杆压杆 传感装置传感装置关

8、节模块关节模块 传感装置传感装置(zhungzh)(zhungzh)安装安装示意图示意图底面底面识别平坦识别平坦(pngtn)的硬地面、软土、的硬地面、软土、沙地沙地第20页/共27页第二十页，共27页。(5)(5)基于基于GPSGPS的蛇形的蛇形(sh xn)(sh xn)机器人定位方法机器人定位方法的研究的研究 对于(duy)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。天线天线处理单元处理单元微处理器微处理器GPSGPS进行定位的原理图进行定位的原理图第21页/共27页第二十

9、一页，共27页。（6 6）应用）应用(yngyng)(yngyng)研究研究监控监控( j i n kn)站站操作台操作台监视器监视器传传 感感 器器蛇形蛇形(sh xn)机器人机器人作业单元作业单元 蛇形机器人作业系统框图蛇形机器人作业系统框图第22页/共27页第二十二页，共27页。应用应用(yngyng) 车底探查车底探查(tn (tn ch)ch)实验实验l结合国家反恐防暴结合国家反恐防暴(fn (fn bo)bo)的需求的需求 第23页/共27页第二十三页，共27页。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

10、感器变结构方法，往往是非线性、非定常问题，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，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，距离感知与模式识别技术，内部姿态，外部环境，距离(jl)、力觉、触觉等、力觉、触觉等，特别是视觉问题，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，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，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，微小型机电系统设计、加工、装配，微、仿、多、遥、网微、仿、多、遥、网关键技术挑战性研究关键技术挑战性研究(ynji) 方向方向第24页/共27页第二十四页，共27页。 主要介绍了微小型仿生技术与机器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、发人基本内涵、研究意义、关键技术、发展趋势。展趋势。 嵌入式芯片、微机电系统、新材料嵌入式芯片、微机电系统、新材料等方面发展给微小型仿生技术研究带来等方面发展给微小型仿生技术研究带来了机遇。了机遇。 智能仿生机器人是人类科学研究追智