机器人技术实验报告

（课程实验报告）

论文题目 机器人技术试验报告

学 院 工学院

专业名称 机械设计制造及自动化

班 级 机械08

学 号 081014104、081014404

姓 名 赵保顺、邹修贤

指导教师 郑嫦娥 实验日期

2011.05

实验一：仿生蛇形机器人

一、实验背景：

串联式机械手是一种重要的机械结构形式，蛇形机器人是一种重要的仿生机器人，相对于有足的仿生机器人而言，它具有他特别的用处，本实验设计一个仿生蛇。有四部电机来控制它，使其具有四个自由度。

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，蛇形机器人由于其结构的特殊性,已成为仿生领域的研究热点。蛇形机器人在战场上的扫雷，爆破，矿井和废墟中探测营救，管道维修以及外行星地表探测等条件恶劣，且要求有高可靠性的领域有着广阔的应用前景。模块化设计和高冗余度设计等新思路的提出和逐步完善，使蛇形机器人成为研究的亮点。

SolidSnake II 结合了国内外蛇形机器人的发展现状，充分考虑了蛇类生物的运动特点，从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的行波状态，并以固定的相位差沿蛇体进行传播。采用中央处理机（即蛇的大脑）集中控制的方式把各种运动方式进行合成，实现了机器蛇的蠕动、游动、侧移、侧滚、抬头、翻越障碍物等运动形式。在对蛇类运动机理深入研究的基础上，得出了利用杆状结构的角度变化和运动时延，相位差去控制机器蛇运动的速率和运动方向的规律，并在实验中验证。本次实验是以其为背景的展开的一次实验。

二、实验目的

1.了解蛇形机器人的概念，蛇形机器人的动作规划，步态规划的基本知识。

2.熟悉蛇形机器人的构架搭接。

3.掌握创意之星机器人的构建搭接的技巧与方法。

4.熟悉掌握各种搭建元件的使用方法和电机舵机的使用技巧。

三、实验材料

本实验使用博创科技的“创意之星”的全套实验器材，以及一些实验工具，电脑一台，参考书博创实验指导书。

四．实验步骤

1．清理自己的实验材料，找全本实验所需的各个器件。

2．关节的搭建

搭建一个关节

首先我们需要搭建出5 个单独的关节，以组合出完整的机器人。单个关节的结构部分（不包括舵机和舵盘）如下图所示：

下图的装配示意图表明了该关节的安装方式。

A 为3 个M3x10 螺钉，D 是3 个M3 自锁螺母。A 和D 把零件C、E 固定在一起。C 为零件“U3-4-3”， E 为零件“舵机固定板2”。

B 为4 个M3x10 螺钉，G 是4 个M3 自锁螺母。B 和G 把F（舵盘）固定在零件

C 上。装配的时候需要注意的是以下几点：G 可以预先放到F 的螺母槽中，便于装配。C 和 E 的连接要注意位置。C 的中间横梁（图中连接位置）有三组孔，必须使用中间的一组孔。并且，为了下一步安装舵机方便，这里只使用三组螺钉。预先把螺母放进六角套筒，再用螺丝刀紧固螺钉，可以更方便、省力地连接。

请检查连接好后，各个位置是否如下图所示：

下一步是要装入舵机。使用M3x10 螺钉和自锁螺母把舵机连接到“舵机固定架2”零件的安装孔上去。如下图所示：

需要注意的是，连接舵机的一共有4 个螺钉孔位，但是我们只用其中三个，如上图所示。空出一个来的原因是空位的空间紧凑，很难把螺母对到位置上去并拧紧。我们在上一步中，连接 C 和 E 的时候只使用三颗螺钉也是为了留出空间来，便于拧紧固定舵机的螺母。此处拧紧螺母仍然需要使用六角套筒。

完成的关节应该如下图所示：

完成整机装配

完成一个关节之后，重复上述过程，再完成其余的4 个关节。只是，最后一个关节不需要安装舵机。完成所有关节后，即可将它们组装在一起，如下图所示：

现在这个简单的机器蠕虫的结构已经完全搭建好。美中不足的是舵机引出的电缆太短，并且散乱很不美观，还会影响运动。所以我们最好用电缆套管将线缆包裹起来。具体包裹方式并不固定，只需要以不影响运动、清晰明了为原则。

完成这一步后，蠕虫机器人就完成了。

3.下面我们需要连接所有线缆

需要连接的电缆一共有三种：

（1）3 芯的舵机线，共有4 个舵机，4 条线；按照从头到尾的顺序，把4 个舵机的引线分别顺序插入上面图 F 区的PW0~PW3。黄色线是信号线，插好之后应该位于靠电路板内侧。请注意，这里各个舵机的顺序必须是按照机体上的头尾顺序，从1 号到 4 号，或者从4 号到1 号。

（2）232 通讯电缆，需要和USB-232 转换电缆配合使用。将232 通讯电缆和USB-232 转换电缆连接好，5 针插头插到图上 D 区的 5 针排针。插好之后标签应该位于电路板的外侧。USB 端子插入计算机的USB 接口，并从“控制面板/设备管理器”中查看新增加的RS-232 串口号，如下图所示。记下这个端口号，后面我们在UP-MRcommander 软件中将要使用。注意：这个端口号会随着插入的不同USB 端口而改变。每次更换USB 端口的时候需要重新察看新的端口号是多少。

(3)电源线。需要插到MultiFLEX 控制卡上以提供电源。将适配器插上交流电源，输出端白

色端子插入MultiFLEX 控制卡的电源插座（图上A 区），控制卡上的红黄两色指示灯会亮起，表示工作正常。验证完MultiFLEX 控制卡工作正常后，断开电源.

连接好电缆后应该如下图所示

完成电缆连接工作后，插上适配器电源，此时将会看到尚未完成的蠕虫机器人运动了。它有可能处于一个扭曲的姿态，可能如上图所示，也可能是别的姿态。这是因为我们在安装舵机的时候并没有调节它的初始位置。舵机是依靠一个花键（可以当成一个有很多牙的圆柱）和舵盘上的花键槽连接的。可以通过调整花键和花键槽之间的安装角度来调整舵机及与其相连的结构件的相对角度。

4 .机器人动作的写入

以上完成了硬件的结构搭建，下来为机器人导入动作：

1.打开UP-MRcommander 软件，如下图所示。点击菜单栏中的按钮，打开“蛇形机器人/10 关节蠕动-步距0.125 波长-正弦波.mra”这个动作文件。我们这里使用蛇形机器人的动作文件，是为了简单起见。暂时不考虑怎么为它编写动作，尽快让我们的第一个机器人运动起来！调入动作文件后，程序界面如下图所示