仿生救援机器人课件

第11周创意集锦主题：仿生救援机器人

一、引言近些年，战争、恐怖袭击等突发事件，地震、海啸等自然灾害及潜在的核、化、生和爆炸物等严重威胁着人类的生命与财产安全。各种灾难发生次数增多的同时，其严重性、多样性和复杂度也逐渐增加。灾难发生后的72h为黄金抢救时间，但受灾难现场的非结构化环境的影响，救援人员难以快速、高效、安全地进行工作，且救援任务逐渐超出了救援人员的能力范围，因此，救援机器人已经成为一个重要的发展方向二、研究现状1.蟑螂救援机器人最近，加州大学伯克利分校的科学家们研制出了一种新的机器人，它很适合钻过狭窄的缝隙，这在地震等灾难的搜救工作中可以发挥作用。为了制造出伸缩自如的机器人结构，研究者们可是认真地对蟑螂进行了好一番观察试验。在实验室里摆弄蟑螂是有些恶心，不过令人生厌的蟑螂可是自然界的钻缝大师，它们灵活适应环境的外骨骼其实很有借鉴价值。高速摄影机记录下了蟑螂钻过缝隙的一系列步骤：它们首先用触角试探出口，将两个触角都伸出缝隙，接下来，它们将身体斜向下，让头部和前肢冲出缝隙，再挣扎着拖动身体通过。蟑螂身上交叠的外骨骼体现出了极好的灵活性，不仅是一道窄缝，它们在连续的狭窄空间中依然表现良好。随着缝隙越来越窄，蟑螂们的身体压缩程度越来越高，腿部也逐渐摊平，但它们的脚到身体中线的距离却基本保持不变，这使得肢体能够最大限度地提供前进的推力。2.蛇形机器人日本的Hirose教授第一个从仿生的观点研究蛇形机器人,他对蛇的运动形式有较深的研究,并提出了用蛇形曲线来描述蛇的蜿蜒向前运动,很好的模拟了实际蛇的运动。Hirose教授还研制了一系列蛇形机器人样机,最新的样机ACM-R3如图1所示,其结构是由两个串联的一个自由度的关节组成一个模块,他们的轴线互相垂直,从而可以实现三维空间运动,每一节安装一对很大的被动轮,不但可以改变机器人运动的纵横摩擦系数比;并且可以把机器人的整个躯体包围,起到保护的作用。且该机构翻滚90度后,照常运动,大大的提高了机构适应环境的能力。该机构结构简单,灵活的实现平面和空间运动,并可以实现直接单元驱动、侧面滚动、螺旋运动、S曲线空间运动等各种运动形式国内一些科研单位也在开展蛇形机器人的研究工作。上海交通大学1999年研制了一种仿蛇机器人样机(图7)。该机构由一系列刚性连杆连接而成的自由多刚体系统,由步进电机控制两刚性连杆之间的夹角,使连杆作平面运动,连杆两边装有滚动轴承作车轮,滚动轴承只改变纵向和横向摩擦系数之比。中国科学院沈阳自动化所2001年基于可重构的思想研制了一种模块化蛇形机器人,该蛇形机器人由8个单自由度关节模块组成,长约0.5米3.苍蝇机器人机器苍蝇用来发现森林火灾、完成搜索及救援任务,如搜寻地震后建筑物废墟中的幸存者。如果把这些微型苍蝇放出去数百只,甚至数千只,那么就能很好地完成寻找(灾难)幸存者的任务,而且效率会大大提高,对于营救人员也会更加安全。研究人员说,在未来的机器苍蝇身上,将安装许多传感器和微型摄像机,因此他们能做的事情还有很多。机器苍蝇还可以用于宇宙探险,还可用作气象传感器和通气管道检查员。研究人员设想,每个消防站都可备有一坛子机器苍蝇