蛇形机器人结构简介PPT课件

什么是微小型仿生机器人技术？什么是微小型仿生机器人技术？没有严格定义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统设计，研究机构、感知、控制与交互的机器人技术。术。 微小型，尺寸相对较小，低功耗，高性能，微机微小型，尺寸相对较小，低功耗，高性能，微机电系统设计电系统设计 仿生，模仿自然界动物与人仿生，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、交互的功能划、控制、交互的功能定义定义第1页/共27页发展趋势发展趋势l仿生仿生l多样多样l应用应用第2页/共27页日本京都大学研制的蛇形搜救机器人“莫伊拉”l仿生机构日本东京工业大学研制的废墟搜索机器人第3页/共27页(1)蛇形机器人机构研究蛇形机器人机构研究生物蛇研究生物蛇研究 蛇的肌肉骨骼简化模型 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 蛇形机器人单自由度关节模块蛇形机器人单自由度关节模块关节模块设计关节模块设计第5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机器人机构的构成蛇形机器人机构的构成第6页/共27页（2 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：境，但大体上可分为四种步态： 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页蜿蜒运动 生物蛇的蜿蜒运动生物蛇的蜿蜒运动第8页/共27页直线运动 生物蛇的直线运动生物蛇的直线运动第9页/共27页伸缩运动 生物蛇的生物蛇的伸缩伸缩运动运动第10页/共27页侧向运动 生物蛇的侧向运动生物蛇的侧向运动第11页/共27页)( yawi)(pitchi 蛇形机器人运动示意图蛇形机器人运动示意图第12页/共27页(a)(a)平面蜿蜒运动平面蜿蜒运动 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：的算法公式为： lKinKsLKnKsnnni10)22sin()sin(2)(第13页/共27页 (b)(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： lKinKsLKnKslKinKsLKnKsnnninnni1010)22sin()sin(2)()22sin()sin(2)(第14页/共27页 (c)(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。 lKinKsLKnKsnnni10)22sin()sin(2)(第15页/共27页 (d)(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：lKsLKnKslKsLKnKsnninni1010)2cos()sin(2)()2sin()sin(2)(第16页/共27页（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)(a)原理样机控制系统第17页/共27页 蛇形机器人控制系统结构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)(b)分布式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(c)微型嵌入式控制器的研究 特点：模块化特点：模块化 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（4 4）地面特征识别技术的研究）地面特征识别技术的研究传感器压杆 传感装置关节模块 传感装置安装示意图底面识别平坦的硬地面、软土、沙地第20页/共27页(5)(5)基于GPSGPS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，定位是个关键对于用于野外工作的蛇形机器人，定位是个关键问题。基于问题。基于GPSGPS的定位方法是目前应用最广的方法。的定位方法是目前应用最广的方法。目前实验定位精度目前实验定位精度 15 15米米 我们在探索应用我国的北斗导航定位系统进行定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。位的方案。 天线处理单元微处理器GPSGPS进行定位的原理图进行定位的原理图第21页/共27页（6 6）应用研究）应用研究监控站监控站操作台操作台监视器监视器传传 感感 器器蛇形机器人蛇形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页应用应用 车底探查实验车底探查实验l结合国家反恐防暴的需求结合国家反恐防暴的需求 第23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，基于传感器变结构方法，往往是非线性、非定常问题，l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，l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，l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，l人机交互技术，通讯，时延，临境与虚拟现实，l微小型机电系统设计、加工、装配，l微、仿、多、遥、网关键技术挑战性研究关键技术挑战性研究 方向方向第24页/共27页 主要介绍了微小型仿生技术与机器人基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。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、新材料等方嵌入式芯片、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了机遇。面发展给微小型仿生技术研究带来了机遇。 智能仿生机器人是人类科学研究追求目智能仿生机器人是人类科学研究追求目标，开展这方面研究不仅促进多学科发展，标，开展这方面研究不仅促进多学科发展，而且广泛应用服务于社会。而且广泛应用服务于社会。结束语结束语第25页/共27页第26页/共27页感谢您的观看！第27页/共27页