两栖仿生机器人ppt课件.ppt

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1、两栖仿生机器人内容简介两栖机器人的研究背景两栖仿生机器人分类蝾螈机器人原理两栖机器人设计要点两栖动物作为最原始的陆生脊椎动物,是脊椎动物进化史上由水生到陆生的过渡类型,既有从鱼类祖先继承下来的适应水生生活的性状,又有适应陆地生活的新性状.在地球上,除了格陵兰岛以外,其它任何地区都有两栖动物,因此具有很强的环境适应能力。受两栖类动物的启发,人们对既能适应陆地和近海滩涂的多变地形,又能适应复杂水环境的两栖机器人。自然界中具有良好两栖适应性的蟹、龟、蛙、鳄鱼、企鹅、蝾螈等动物为两栖机器人设计提供了生物原型。

2、根据运动方式不同,目前的两栖机器人大致可以分为两类腿式两栖机器人蛇形两栖机器人1998年至今,美国东北大学海洋科学中心基于龙虾和小龙虾的神经控制研究成果相继开发了3代机器龙虾潜在应用是在有海浪和海流的浅水区域进行自主排雷作业和侦探任务.机器龙虾采用8条三自由度的腿推进,每条腿采用以镍钛诺合金为材料的人工肌肉为驱动器,并采用神经元电路的控制器来实现机器龙虾的各种行为。龙虾作为一种在海底生活了数百万年的生物,已经进化出了一套完美的系统来进行感知、搜索、运动控制和湍流处理.布鲁克林大学的神经生物学家针对龙虾

3、在海洋湍流环境下具有锐的嗅觉功能这一特点构建了自主水下机器人:探索龙虾的嗅觉跟踪机理及应用.英国巴斯大学开发了一种酷似螃蟹的原型机器人在水下勘测探索任务中将表现十分出色。对螃蟹爬行姿态、步态和爪子爬行跨度进行研究，通过改变步幅长度能够改变行走速度，就像野生螃蟹一样灵活自如。这款螃蟹机器人基于螃蟹的身体结构特征设计，行走时与螃蟹十分相似。水雷对于海军来讲无疑是一种巨大的威胁.由于浅水区水雷数量大、传统扫雷车无法作业、乱流和泡沫影响探测等原因,水雷探测在这种区域变得更加困难.蛇的典型运动方式2)伸缩运动身

4、体收缩成S形,前部前伸,后部收缩,循环向前运动,类似手风琴的收缩与伸张当运动空间狭小或者地面摩擦系数不满足蜿蜒运动要求时采用伸缩运动,但运动效率低;1)蜿蜒运动借助身体侧面接触凸凹不平的地面所产生的力前进,身体各部分形成相似的S形运动轨迹,是最普通、最高效的一种运动方式。3）侧向移动从头部开始,身体部分顺次接地、抬起,完成前进运动,身体和地面只有很少的接触点.在沙地环境中运行时,滑动摩擦阻力小,因而运动效率高,是一种很好的适应沙漠环境的运动形式。4)直线运动靠腹部和地面的摩擦力进行驱动,部分点与点之间

5、有相对运动,适于笨重的蛇类运动.东京工业大学研制了一种两栖蛇形机器人ACM-R5,它不仅能在陆地爬行,还能在水中游动。它由一系列关节组成,每个关节有两个自由度,为了使关节防水,每个关节都由伸缩膜覆盖,关节连接处用O型圈密封,ACM-R5采用模块化设计,所有关节具有相同的结构,并通过CAN总线通信,这种模块化的设计不仅节约了设计和加工成本,而且当有关节出现故障时,只需用另一个关节替换故障关节即可,大大方便了机器人的维护.到目前为止,ACM-R5的每个关节安装了6个采用了特殊设计的推进机构,称之为鳍,兼有

6、被动轮和桨的作用,机器蛇在地面进行侧面波状运动时,机器蛇和地面的摩擦系数要有方向性,即运动路线切线方向的摩擦系数要小于垂直方向的摩擦系数,采用被动轮可满足机器蛇对于摩擦系数的要求,实现蜿蜒运动;另一方面,水蛇之所以能在水中游动,也是由于轴向和纵向水阻力存在差异,虽然ACM-R5的细长体设计本身能满足水阻力差异,但加上桨之后可以增大阻力差,提高游动效率.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，研发一种新型水陆两栖蛇形机器人。该机器人由9个具有密封设计的万向运动单元组成，保证了样机在陆地和水中均

7、能灵活运动。基于简化的蛇形曲线得到水陆两栖蛇形机器人的基本二维运动步态即蜿蜒运动。对两个垂直平面上，即水平面和竖直面上基本步态进行复合，由基于启发式思想的三维步态生成方法，得到包括侧向蜿蜒等运动的水陆两栖蛇形机器人的多种陆地步态和水下步态，其中S形翻滚运动和螺旋翻滚运动为蛇形机器人的两种新型步态。腿式和蛇形机器人各有其优缺点:231实际环境适应能力：蛇形机器人实际环境中的泥泞、荒草、树枝等不确定因素可能使被动轮的作用降低,甚至失效,严重影其运动能力.腿式两栖机器人比蛇形两栖机器人具有更好的实际环境适应

8、能力.1)两栖运动能力：传统的腿式机器人必须改进腿部机构的机械设计和运动方式;蛇形两栖机器人每个关节至少应有两个自由度,这就增加了物理实现上的难度.应用范围和维护：当腿式机器人内部出现故障时,往往需要整体拆装来查找故障原因,不利于维护,蛇形两栖机器人由于其特有的细长体结构,可以在狭小空间内自由活动,且采用模块化设计，便于维护设计两栖机器人要解决的问题welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign