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【新奇特】舵机支架组装的灵活仿生机器蛇

编辑:Techie2013-11-07 13531382@qq.com 浏览次数:987

机器蛇——机器人中最自由的行者

    机器蛇,说它是所有机器人中最自由的一种,一点都不为过。正常一个刚性物体,放在空间中,它最多才具有6个自由度,即XYZ三个轴的旋转和移动。一个别的类型机器人可能只有3、4个自由度,比如前进、后退、平地旋转,但一条机器蛇就不同了,因为它具有数十个由舵机舵机支架组成的关节,以致于它本身具有的自由度已大大超过6个自由度,称之为多冗余自由度。由于它独有的多冗余自由度、多关节特点,使机器蛇可以在多种复杂的地形中行走,机动性能较传统的行走机器人好,有非常广泛的多领域应用前景。例如可以用于复杂环境中侦查、排爆,搜救等任务;工业上制作柔性手臂;也可以在细小的管道内工作。

     以色列制作的军事应用机械蛇         民用版本的机器蛇

         图1以色列制作的军事应用机械蛇              图2 民用版本的机器蛇

机器蛇——不用专制,亦可拥有

    网上出名的几个机器蛇,动辄是国家级的背景,或者是几十人的团队,花了好几年的心血,才制成, 当然错不了,效果相当好。但它们可不会出现在你的桌子上,跟你一起看电影。下面就带大家来用网上唾手可得的一些机器人零件,来DIY一条可以挂在你自已脖子上的仿生机器蛇。(上图一张,让大家先来个脸熟)

舵机支架组装的灵活仿生机器蛇

     图3 舵机支架组装的灵活仿生机器蛇

机器蛇——制作它都要什么?

    因为对机器人还算有了解,整理起它的零件还不算难:铝合金舵机支架L型支架短U型支架防水舵机(考虑到以后可能会升级成水蛇)、32路舵机控制器(因为用到了12个舵机、常规的Arduino控制器在端口数量,电流大小上已不合适)、动作存储卡、塑料柱脚、小车轮、轴等。还有,一定要加上你的Idea!因为当你已经把一大堆零件堆在一起了,但却没想好你那条蛇的细节、结构、组装方法,那你会晕菜的,可能你的机器蛇没有装出来,螺丝已经都被你来来回回的拧秃了。为了以后升级,改造方便,我用了3D建模软件 ,把所有的零件全画好3D图,然后在软件中虚拟装配,直到组合出满意的连接方式。

安装了大从动轮的机器蛇方案    安装了小从动轮的机器蛇方案  机器蛇的关节部分

    图4 大从动轮的机器蛇方案        图5 小从动轮的机器蛇方案          图6 机器蛇的关节部分

机器蛇——怎么让它像蛇一样的动起来?

    再加上你的Idea! 这段对数学不好的同学有困难,因为涉及到了一些运动算法,(我不会告诉你,这里我也有困难的)。下面简单说一下吧。

    首先,在你的脑海里绘出一个正弦波形,把机器蛇的关节放在特征点上,4个关节组成一个周期的正弦波,机器蛇最简单的前进运动,实际上就是正弦波向前传递的过程;第1、5、9号关节是始终同步动作的,其余各相邻关节之间也是相差1/4的波形周期 。

    然后,当你脑海里的那条蛇已经动起来后,你就可以把机器蛇运动一个周期各个关键点的角度数据编制成一张excel表格,然后定时的按表格中的数据改变每个关节上的舵机的脉宽,就可以简单有效的实现整条蛇的正弦运动啦。

机器蛇一个运动周期内的角度特征值

图7 机器蛇一个运动周期内的舵机角度特征值

机器蛇——蛇无头不行

    机器蛇身体制作完,可以活动了,但蛇无头不行嘛,要给它弄个像样的头才行。我用了蓝色的PVC塑料,折成蛇头,配了两个红色的LED眼睛。金色舵机支架黑色舵机构成的蛇身,蓝色的蛇头,红色的眼睛,对比鲜明的颜色,让这条机器蛇看起来高端大气上档次。

                            机器蛇的蓝色蛇头红眼睛    机器蛇的金色蛇身黑舵机

                          图8 机器蛇的蓝色蛇头红眼睛      图9 机器蛇的金色蛇身黑舵机

    不过,这条小机器蛇现在只是能完成前后蠕运、游动、抬头、扫视、盘卧等基本的动作,也只参加过一回2013上海创客嘉年华的展示,要想同网上那些“大蛇”们一样,又是上树,又是爬墙的,在实际应用中大显身手,还欠许多功力,有待于日后继续发掘。

2013上海创客嘉年华奥松展台

图10 2013上海创客嘉年华奥松展台

2013上海创客嘉年华机器蛇展示

图11 2013上海创客嘉年华机器蛇展示

       盘卧的机器蛇机器蛇抬头机器蛇扫视

             图12 盘卧的机器蛇          图13 机器蛇抬头              图14 机器蛇扫视

相关链接

百度百科机器蛇 http://baike.baidu.com/
挑战杯中关于机器蛇的说明
http://www.tiaozhanbei.net/project/11055/
铝合金舵机支架
http://www.alsrobot.cn/goods-283.html
机器人常用配件
http://www.alsrobot.cn/category-90-b0.html
防水舵机
http://www.alsrobot.cn/goods-438.html

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