仿生机器人之机器蛇解读

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4）国防科大RoboSnake
国防科大RoboSnake是国内最早报道的蛇形机器人，最初为 二维结构，依靠从动轮前进，长约1.5米，重约3Kg。共分十七节。 它能在地上或草丛中自主地蜿蜒运动，前进、后退、转弯和加速等 都活动自如，最大运动速度可达每分钟二十米。最有趣的是，披上 “蛇皮”后，它还能像蛇一样在水中游泳，摆动着的“身躯”激起 层层涟漪。 10
德国人Gavin.H从约1997年开始从事蛇形机器人的研究 工作，到目前为止共设计并制作了S1,S2,S3,S4,S5五代蛇形机 器人，图3为S5。其研究已经达到相当高的水平，特点是：各 个关节形状尺寸不同，高度模拟生物蛇；为二维结构，无法 完成三维空间运动；依靠从动轮而不是摩擦运动，运动速度 很高，主要运动方式为游动。
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第四种方式是侧向移动，从头部开始，身体部分 顺次接地、抬起，完成前进运动，借助腹部与地面之 间的摩擦力移动。这种运动形式常见于沙地环境中的 蛇类运动。 另外，蛇的其他运动形式有：跳跃、绕身体脊椎 的回转、利用障碍物推动身体运动、蠕虫运动、滑行 冲击等。
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三、蛇形机器人结构形式
蛇体结构一
每组传动装置包括：1台直流伺服电机，1组一级齿轮减速，1组 丝杠螺母传动，以及1个球形连接关节。底部有1个滑动轴承作为轮 子以减少摩擦。在各单元节之间的附加球型关节使得仿蛇机器人在 地表的明显不规则运动得到一定补偿。在大多数运动模式下，每个 铰链的运动或每个单元节的垂直方向自由度,并非由机器人控制器 控制,而是由地表的几何形态进行被动的控制。仿蛇机器人的所有 单元节以同样地方式进行设计。 16
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1）美国宇航局(NASA)的SnakeBot
NASA于1999年开始研究多关节的蛇形机器人，计划在 其太空计划中用于行星地表探测以及空间站维护工作。其第 一代蛇形机器人如图所示。它采用相邻正交的串联机构，由 中央计算机集中控制。该机器人能完成蠕动前进，游动前进， 翻越简单障碍物等功能。
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2）德国Gavin.H S1-S5
蛇体结构二
该结构是X-Y轴对称的，因此SolidSnake可以随时在X-Y 正交串联结构（三维结构）和X/Y单方向串联结构（二维结构） 之间转换，以适应不同的环境。三维结构更适用于复杂地形， 上楼梯，越障等任务，二维结构可以在平坦地形达到更高的运 动效率。
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四、蛇形机器人运动形式
蠕动前进示意图
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第二种是直线运动，即履带式运动。由于蛇没有胸 骨，它的肋骨可以前后自由移动，肋骨与腹鳞之间有 肋皮肌相连。当肋皮肌收缩时，肋骨便向前移动，这 就带动宽大的腹鳞依次竖立，即稍稍翘起，翘起的腹 鳞就像踩着地面那样，但这时只是腹鳞动而蛇身没有 动，接着肋皮肌放松，腹鳞的后缘就施力于粗糙的地 面，靠反作用把蛇体推向前方，这种运动方式产生的 效果是使蛇身直线向前爬行，就像坦克那样。
5）中科院沈阳自动化所蛇形机器人
同样采用正交串联结构，可以完成蠕动前进、游 动前进、滚转等运动。并给予可重构的思想提出一种新 型结构。
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二、蛇形机器人的运动模式分析
第一种是侧摆和起伏，所有的蛇都能以这种方式 向前爬行。爬行时，蛇体在地面上作水平波状力推动蛇体前进，如果把蛇放在平滑的玻璃板上， 那它就寸步难行，无法以这种方式爬行了，当然，在 自然界是不会有像玻璃那样光滑的地面的。
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上楼梯运动示意图
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结合国家反恐防暴的需求
车底探查实验
谢谢！
仿生机器人之机器蛇
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•概 述 • 蛇形机器人的运动模式分析 • 蛇形机器人结构形式 • 蛇形机器人运动形式
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一、概
述
一、概
述
蛇是无四肢动物中最庞大得一类，它在自然界中有 几千年的进化历史，种类繁多，分布广泛，它能进行多 种运动以适应不同得生活环境（沙漠、水池、陆地、树 林等）,仿蛇形机器人就在这种背景下诞生了。 近几年来，仿生机器人学正在机器人领域占有越来 越重要的位置。对于障碍物众多、凸凹不平、以及狭窄 地形等环境，类似蛇形的机器人有较大的运动优势，可 以满足多种用途。
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3）德国GMD国家实验室的AiS
德国GMD国家实验室也开发 出了基于模块式结构和CAN总线 的蛇形机器人，其结构为三维关 节，每关节有三个电机及六个力 矩传感器，六个红外传感器，因 此结构相当复杂，直径达20cm左 右。其控制方式为上位机 总 线 下位机。目前该机器人具 有速度及位置闭环，能翻越简单 障碍，具有一定的自主反应能力。
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第三种方式是伸缩运动，蛇身前部抬起，尽力前 伸，接触到支持的物体时，蛇身后部即跟着缩向前去 ，然后再抬起身体前部向前伸，得到支持物，后部再 缩向前去，这样交替伸缩，蛇就能不断地向前爬行。 在地面爬行比较缓慢的蛇，如铅色水蛇等，在受到惊 动时，蛇身会很快地连续伸缩，加快爬行的速度，给 人以跳跃的感觉。