水下蛇形環(huán)境勘測機(jī)器人

　　攝像頭擬采用usb 2.4G無線攝像頭，獨(dú)立于主控制板之外，攝像頭采集的圖像信息直接傳給地面控制終端，由專用接收器接收并顯示在PC上位機(jī)窗口中。

4.2 驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)

　　蛇形機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)處采用兩個(gè)舵機(jī)進(jìn)行正交連接，實(shí)現(xiàn)每個(gè)關(guān)節(jié)2個(gè)自由度的控制，使得蛇形機(jī)器人能夠在三維空間運(yùn)動(dòng)，如圖2與圖3所示。

4.3 供電系統(tǒng)

　　采用11.1V，4000Mah，20C鋰電池組為整個(gè)系統(tǒng)供電，為提高機(jī)器人的續(xù)航能力，采用太陽能電池板通過升壓電路對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，機(jī)器人外殼采用透明材料(取自空飲料瓶)，內(nèi)表面覆蓋柔性太陽能電池板，通過多塊柔性太陽能電池板串并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池12V/2W充電，太陽能電池板對(duì)鋰電池充電時(shí)，機(jī)器人漂浮在水面上(實(shí)際作品未使用太陽能電池板，該項(xiàng)功能保留，待后續(xù)開發(fā))。

4. 4 人機(jī)界面HMI的開發(fā)

　　這里使用自動(dòng)化組態(tài)軟件LabView來開發(fā)蛇形機(jī)器人的人機(jī)界面，其工作流程圖如圖4所示。

5 測試與驗(yàn)證

5. 1 Maya運(yùn)動(dòng)仿真

　　從整個(gè)制作的過程來看，機(jī)器人整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但是最終還是完成了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工與裝配。運(yùn)動(dòng)姿態(tài)在Maya軟件上進(jìn)行了仿真測試，為蛇形機(jī)器人的步態(tài)設(shè)計(jì)帶來了方便，如圖9所示。

5. 2 實(shí)驗(yàn)室測試

　　在Maya軟件上實(shí)現(xiàn)了蛇形機(jī)器人的動(dòng)態(tài)仿真后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了“懸空測試”，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的步態(tài)的可靠性，如圖10所示。

5. 3 下水測試

　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證步態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)際可行性以及蛇形機(jī)器人的整體防水性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一次下水試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于蛇形機(jī)器人自身的重力略小于其所能達(dá)到的最大浮力，蛇形機(jī)器人在水中靜止?fàn)顟B(tài)下可以實(shí)現(xiàn)漂浮，與理論計(jì)算結(jié)果相符，在水面上的二維蜿蜒步態(tài)運(yùn)動(dòng)效果較好，如圖11所示。

6 總結(jié)與展望

6. 1 創(chuàng)新之處

　　(1)借助于iNEMO board，使得讓原本開環(huán)的蛇形機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，相比于傳統(tǒng)各類蛇形機(jī)器人的開環(huán)控制有了巨大的突破。

　　(2)正交連接的舵機(jī)組成的動(dòng)力結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的三維運(yùn)動(dòng)，使得運(yùn)動(dòng)姿態(tài)更加豐富，應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)更加廣泛。

　　(3)模塊化的蛇形機(jī)器人骨架設(shè)計(jì)思想，使得某一關(guān)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)可以進(jìn)行獨(dú)立更換。

　　(4)基于LabView制作的上位機(jī)軟件功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)和指令的實(shí)時(shí)傳輸以及攝像頭捕捉到的視頻顯示。

6. 2 展望

　　蛇形機(jī)器人是一種新型的仿生物機(jī)器人，與傳統(tǒng)的輪式或兩足步行式機(jī)器人不同的是，它實(shí)現(xiàn)了像蛇一樣的“無肢運(yùn)動(dòng)”，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的一個(gè)突破，具有結(jié)構(gòu)合理、控制靈活、性能可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

　　本文設(shè)計(jì)的水下蛇形機(jī)器人希望將來能夠在海洋復(fù)雜環(huán)境勘測中得到應(yīng)用，如軍事偵察、海底礦藏調(diào)查、輸油管道檢查、鉆井平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)檢修、電纜檢查、水下考古、海上養(yǎng)殖及江河水庫的大壩檢查等領(lǐng)域。

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