文档介绍：Ξ
第 24 卷第 5 期苏州大学学报(工科版)
2004 年 10 月 JOURNALOFSOOCHOWUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)
文章编号:1000-1999 (2004) 05-0088-03
蛇型机器人控制系统设计与单片机控制
胡继康,芮延年,张茂青
(苏州大学机电工程学院,江苏苏州 215021 )
Ξ
摘要:介绍了一种蛇型机器人的结构原理与无线遥控的实现方法,该机器人运动控制算法简单实
用,对控制器要求不高,成本也较低。其运动控制达到设计要求,能够良好地模拟蛇的直线运动,并
能以设定的速度完成预先编排的抬头、摆尾等动作,为进一步模拟蛇的复杂动作与实际应用打下了
良好的基础。
关键词:蛇型机器人;无线遥控;单片机控制
中图分类号:TP242 文献标识码:A
0 引言
蛇型机器人是近年来兴起的仿生机器人的一个新的分支。它区别于传统的利用轮、腿或履带移动的机
器人,它模仿蛇的动作,通过“身体”的扭动和伸缩实现所谓的“无肢运动”。这种运动方式的机器人具备稳定
性好,横截面小,高柔性等特点。这些特点使得蛇型机器人适合在一些特殊环境下代替人进行作业,不仅使
人更安全,也使探测、救援或维护更有效。
随着人们对蛇型机器人的认识,各个国家都开始重视蛇形机器人的研制和开发,近年来,国内也开展了
对蛇型机器人的研究工作。
蛇的爬行一般可分为 4 种方式:
1) 蜿蜒运动。蛇体摆动近似于正弦波的规律,借助侧面接触凸凹不平的地面和障碍物所产生的反作用
力前进。
2) 直线运动。蛇体靠腹部和地面的摩擦力移动。当腹部与地面固定时提供牵引力,连接肋骨和弹性皮
肤的肌肉提供推动力,皮肤相对骨骼移动,反复实现运动。在捕食和无障碍的时候运用,所经过的位移最短。
3) 侧向运动。它是借助腹部和地面的摩擦力移动。蛇体从头部开始,身体部分顺次接地、抬起,借助腹
部与地面之间的摩擦力完成侧向运动,适用于沙地或地面较平整的情况。
4) 伸缩运动。身体先收缩成 S 形,然后后部贴紧地面,前部向前伸出,接着前部再贴紧地面,后部收缩向
前,如此循环完成向前移动。它的优点是身体横向变形小,可以经过狭窄的通道。
蛇的其他运动形式还有:滑行推进、跳跃、攀爬、翻滚等。
本文尝试模仿蛇的直线运动研制一个简易的蛇型机器人。
1 机构设计
为了模仿蛇的直线运动,本蛇型机器人由九节、八个关节组成(如图 1 所示) 。
蛇型机器人的运动如图 2 所示,八个关节的角度依次按照近似正弦规律变化,四个关节组成一个近似的正
收稿日期:2004-08-01
作者简介:胡继康(1980- ) ,男,硕士研究生,主要研究方向为机电一体化。
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第 24 卷胡继康,芮延年,张茂青:蛇型机器人控制系统设计与单片机控制 98
弦波形,相邻的两关节角度相差 1/4 个周期。各关节依次在地面上滚动,使蛇形机器人呈波浪状向前行进