资源描述：
《仿生爬行机器人研究中的关键技术_张颖》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第24卷第3期徐州工程学院学报(自然科学版)2009年9月Vol.24No.3JournalofXuzhouInstituteofTechnology(NaturalSciencesEdition)SEP.2009仿生爬行机器人研究中的关键技术张颖,朱兴龙(扬州大学机械工程学院,江苏扬州225009)摘要:综述了仿生爬行机器人的研究现状,重点介绍了几种类型的爬行机器人.在此基础上对仿生爬行机器人在实用化研究过程中出现的关键问题进行了讨论.最后提出了一种仿蠕虫爬行机构的方案,并指出了研究这种机构中的关键问题.关键词:仿生;爬行机器人;关键技术
2、中图分类号:TP24文献标志码:A文章编号:1674-358X(2009)03-0050-06机器人是一门高度交叉的综合性学科,涉及到机械学、生物学、控制论与控制工程学、计算机科学与工程、信息科学、光学、电子工程学、传感技术、人工智能、人类学、社会学等诸多学科.自从1959年美国制造世界上第一台工业机器人起,机器人的发展经历了示教(工业)机器人、感知(遥控)机器人、智能机器人三个阶段,仿生机器人也可以作为其中较为独特的一支,但仿生机器人能否超越智能机器人成为真正的仿生机器人也是研究者们需要研究的问题.仿生机器人以仿生学为核心的相关学科进行研
3、究,运动仿生、感知仿生、控制仿生、能量仿生、材料仿生等诸多基础仿生技术的深入研究为仿生机器人的发展提供了一定的理论基础和技术支持.根据仿生机器人的运动方式可以将机器人分为爬行机器人、飞行机器人、跳跃机器人以及水下机器人等,这些机器人在人类的生活、生产和军事中发挥了许多独特的作用.因爬行机器人多在陆地上运动,方便控制,所以爬行机器人的[1]研究最为广泛.仿生爬行机器人根据仿生类型的不同,可以具体分为爬壁机器人、仿蛇机器人、仿蜘蛛机器人、仿蚯蚓机器人、仿昆虫机器人等,现在国内外对这些仿生爬行机器人的研究多停留在仿形或仿生物的某一个或几个功能阶段
4、,还没有达到完全仿生.1仿生爬行机器人的研究现状仿生爬行机器人多采用类似生物的腿式机构进行运动,根据研究目的的不同,也可采用轮式或吸盘等方式驱动.1.1爬壁机器人爬壁机器人多用于救灾、墙壁检测和清扫高楼玻璃,为了能在垂直的墙壁行走,其足部多采用真空吸盘,[2-6]有两足、四足和八足的机器人.日本的Nishi实验室研制了一种用于救灾、墙壁检测和救火的爬壁机器人,该机器人为两足,足底装有吸盘,行走采用连杆机构驱动,可以实现从地面到垂直的墙壁、从墙壁到天花板的运动,并能在墙壁上行走.2003年,香港大学研究设计了一种用于清洗高楼玻璃的爬壁机器人,
5、其足部装有吸盘用以将机器人固定在玻璃上,通过平移机构在玻璃上移动,并能够通过旋转腰部调整机器人在玻璃上的位置.机体上装有由CCD摄像机和两个激光器二极管组成的视觉传感器,用于机器人在墙壁上的定位.机器人能达到的最高爬行速度为3m/min,可以跨越高35mm、宽80mm及以下尺寸的障碍物.美国的Carlo等也研究出了两个爬壁机器人原型RGR和CGR,前者采用铝合金材料,适合在大的物体收稿日期:2009-06-01基金项目:上海市重点学科开放课题资助项目(Y0102-1-KF06)作者简介:张颖(1984-),女,江苏徐州人,硕士研究生,主要从
6、事机器人技术研究.通讯作者:朱兴龙(1964-),男,教授,主要从事机电一体化研究.·50·张颖,等:仿生爬行机器人研究中的关键技术上爬行,而CGR采用了SMA,适合在微小的物体上爬行.他们能够在斜度为65°的斜面上爬行,速度可以达到20mm/s.1.2仿蛇机器人自从日本东京大学的Hirose教授在1972年研制了第一台蛇形机器人样机,并建立了机器蛇的理论体[7-9]系后,机器蛇受到了各个科研机构的关注.2002年,沈阳自动化研究所机器人重点实验室提出了新型的两自由度蛇形机器人机构,该机器人能够实现两种侧向运动:侧向蜿蜒运动和侧向滚动.机器
7、人样机共有10个模块连接而成,每一模块均由一个直流伺服电机驱动,并带有自己的驱动器.整个关节长度为140mm,宽度为33mm,高度为55mm,质量大约200g.头部和尾部分别安装电机驱动器和电源,不参与运动,整机长0.7m,质量为1.1kg,共有4个电机,8个自由度.2004年,瑞士的Crespi等研制了一种两栖仿蛇机器人AmphiBotI,它既可以在水里运动,也可以在地面上爬行.机器蛇的运动是通过一个中心的直视装置信号发生器控制的,此发生器可以产生振荡波,从而控制机器人运动.AmphiBotI是由若干个单元体连接而成,每个单元体分别由电机
8、、齿轮、电位计、连接器、连接片以及锂离子电池组成.1.3仿昆虫机器人[10-14]仿昆虫机器人多为六足或八足,主要是仿蟑螂、蜘蛛等节肢动物.德国的Pfeiffer等研究出了一种基
