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基本信息

項目名稱:
仿生蛇機器人
小類:
機械與控制
簡介:
仿生蛇機器人,應用仿生學原理,模擬蛇的運動軌跡。、能夠適應各種復雜地形,如:草地、沼澤、廢墟、狹長地帶等。鑒于仿生蛇機器人的上述特點,操作者可以利用其完成救援、排爆、探測等多項任務。
詳細介紹:
仿生蛇機器人,應用仿生學原理,模擬蛇的運動軌跡。、能夠適應各種復雜地形,如:草地、沼澤、廢墟、狹長地帶等。鑒于仿生蛇機器人的上述特點,操作者可以利用其完成救援、排爆、探測等多項任務。本仿生蛇的獨特之處在于:其靈活的關節(jié)設計,使蛇身可同時完成二維面、三維體的運動軌跡:即二維平面內(nèi)的簡單擺動,三維立體的高靈活、高自由度的空間移動;多種傳感器的可拆卸搭載,使仿生蛇在應用功能上更為完善;仿生蛇作為承載體,傳感器作為應用對象,兩者獨立執(zhí)行任務,互不影響。控制方式:蛇身以單片機作為控制對象,進行多路舵機控制,蛇頭兼容各種傳感器。運動時,操作人員通過計算機向蛇體發(fā)送無線指令,命令其完成各種指定動作并同時進行傳感器模塊的數(shù)據(jù)采集。

作品圖片

  • 仿生蛇機器人
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作品專業(yè)信息

設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標

本作品的創(chuàng)新之處在于:一、應用仿生學原理制作的仿生蛇,具有靈活多變的特點,能夠適應更為復雜環(huán)境、地形,應用領域廣泛。二、蛇頭可根據(jù)實際需要配裝各種傳感器,成為名副其實的“全能蛇”。技術關鍵:1、基于蛇腹橫縱向摩擦力的新型運動方法的研究和實現(xiàn)。2、在模擬自然蛇的基礎上達到控制簡單、運動靈活等目的。3、建立三維空間數(shù)學模型以模擬蛇的運動軌跡,利用插值法計算蛇關節(jié)舵機的位置數(shù)據(jù),最終通過單片機對多路舵機進行控制,以實現(xiàn)仿生蛇的正常運動。4、在空間較小的蛇頭位置安裝多種傳感器,確保蛇身平衡且實現(xiàn)精準、快速的信息采集。

科學性、先進性

作品的科學先進性:1、本作品創(chuàng)作靈感來源于生物蛇的獨特行走方式。作者經(jīng)過實地觀察和查閱相關資料后大膽創(chuàng)新,顛覆傳統(tǒng)機器人的行走方式,依據(jù)仿生學原理,賦予仿生蛇普通機器人無法具備的特殊功能,使其能夠在多種復雜環(huán)境(如礦井、廢墟、沼澤,管道等)下出色完成任務。2、仿生蛇由于其多關節(jié),多自由度,多冗余度的特點,可以調(diào)整出多種運動姿態(tài),滿足作業(yè)需求。其無輪行走、關節(jié)靈活是一大亮點。3、蛇頭部位可兼裝多種微型傳感器或成像模塊。如氣體傳感器可用于監(jiān)測一氧化氮、甲烷等;成像模塊可完成圖像采集、紅外搜索等任務。

獲獎情況及鑒定結果

本作品獲得鄭州大學創(chuàng)新性實驗計劃項目資助 2010年度第102項 《多功能仿生蛇》。

作品所處階段

最終調(diào)試,外殼設計階段

技術轉讓方式

合作生產(chǎn)

作品可展示的形式

實物圖片,現(xiàn)場展示

使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測

作為一款定位于救援和探險類的機器人,仿生蛇機器人頭部可安裝圖像采集系統(tǒng)及近幾年興起的各種微型傳感器,使其具備更為完善、專業(yè)的新功能,達到代替人類進行各類危險探測及災難救援的目的。在蛇頭部位安裝成像模塊。遠距離傳輸圖像;安裝紅外成像模塊,進行生命跡象搜索、夜間探察地形等;安裝壓力傳感器,監(jiān)測壓力及承重;安裝加速度傳感器,監(jiān)測目標物運動狀況;另外可根據(jù)實際需要配裝其它類型傳感器。該仿生蛇機器人可被廣泛應用于野外探險、軍事偵察、地震、災難救援等任務中并大顯身手,因此可以說該機器人具有很高的實用價值。在民用市場領域,仿生蛇可用于戶外探險。作為一種高端娛樂玩具,同樣具有較好的市場前景。

同類課題研究水平概述

仿生機器人運動學是仿生學的一個重要分支。人類雖然在思想上超出動物很多,但在適應特殊環(huán)境方面卻要比動物差很多。雖然人類應用了很多機械技術來彌補這一不足,但冰冷的機械仍顯得龐大而笨拙,仿生學研究正是彌補這方面的不足。仿生蛇由于其多關節(jié)、多自由度,多冗余度的特點,可以完成多種運動姿態(tài),滿足不同行業(yè)的需求:能夠進行復雜環(huán)境下的搜救、偵查、監(jiān)測、排爆等任務;航空航天領域可用其作為行星表面探測器、軌道衛(wèi)星的柔性手臂;工業(yè)領域可用作多冗余度柔性機械手臂,管道機器人等。近幾年來,特別是2000年以來,蛇形仿生機器人正在成為全世界同行的研究熱點。其理由有二:一、仿生機器人學正在機器人領域占有越來越重要的地位,而由于其自身的典型性,仿生蛇是仿生學領域的熱點研究方向;二、運動機理特殊的仿生蛇有著廣闊的應用情景,例如戰(zhàn)場上的掃雷,爆破,空間站的柔性機械手臂,通過能力很強的行星地表探測器等。
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