仿生鱷魚機(jī)器人

鱷魚為典型的熱帶雨林生物，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，不僅能適應(yīng)陸地和近海灘涂的多變地形，還能適應(yīng)比較復(fù)雜的水環(huán)境，從而為兩棲機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了很好的生物原型。

作者從仿生學(xué)的角度提出仿生鱷魚機(jī)器人的研究。此仿生機(jī)器人根據(jù)鱷魚的生理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)理，創(chuàng)造性地研制出具有四條腿、多個(gè)自由度的仿生兩棲鱷魚機(jī)器人。機(jī)器人模仿鱷魚爬行時(shí)尾部動(dòng)作的特點(diǎn)，采用多個(gè)舵機(jī)設(shè)計(jì)了柔性多關(guān)節(jié)尾部，可以在陸地及水里兩種不同環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，既可以作為障礙物的移除工具，也可以作為水中游動(dòng)的推進(jìn)運(yùn)載裝置，能夠完成水中物品收集、運(yùn)載等作業(yè)活動(dòng)。

主要結(jié)構(gòu)：仿生鱷魚主要由四個(gè)足部、軀體、頭部和尾部組成。其中足部是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的重要組成部分。每個(gè)足部由兩個(gè)馬達(dá)組成，分別控制髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。兩個(gè)馬達(dá)軸成九十度角，其中髖關(guān)節(jié)的電機(jī)軸垂直于水平面，而膝關(guān)節(jié)的電機(jī)軸與鱷魚的中心對稱軸平行。此外，機(jī)器人的軀體作為機(jī)器人的底座，為各種結(jié)構(gòu)件提供框架，可以連接足部、頭部等。同時(shí)，軀體內(nèi)安放有控制板、6V電池組等。鱷魚的尾部為多自由度柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由三個(gè)舵機(jī)互相連接而成，可以模仿鱷魚尾巴的甩動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)游泳和排障功能。

控制系統(tǒng)：由PC控制界面、藍(lán)牙及舵機(jī)控制器組成。操作人員利用PC控制端發(fā)送指令，通過藍(lán)牙通信的方式將指令發(fā)送給機(jī)器人身上的舵機(jī)控制器。舵機(jī)控制器接收到指令后控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。采用基于mega328P的多舵機(jī)控制器，可以控制多達(dá)12個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

兩棲運(yùn)動(dòng)模式：仿生鱷魚能夠?qū)崿F(xiàn)陸地和水下的兩棲運(yùn)動(dòng)。以下分別介紹兩種運(yùn)動(dòng)模式下的動(dòng)作情況。在陸地上爬行時(shí)，任意時(shí)刻都保證有3條腿在地面上，從而保證爬行的穩(wěn)定性。此外按照順序依次擺動(dòng)各腿，以保證動(dòng)作的連貫性。通過合理布置各腿的運(yùn)動(dòng)，可以完成左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退等動(dòng)作。在水下游動(dòng)時(shí)，主要以尾巴擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)向前游動(dòng)的動(dòng)作。采用創(chuàng)新的馬達(dá)防水密封方法，將普通舵機(jī)改造為防水馬達(dá)，不采用其他的防水外套就能夠?qū)ⅠR達(dá)改造成防水馬達(dá)（改造后將馬達(dá)置于水中，進(jìn)行24小時(shí)的入水測試），可在無防水外套的情況下進(jìn)行水下工作，不必購買專業(yè)的防水馬達(dá)，從而降低了開發(fā)成本；也不必采用防水外衣，從而增加了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性。

仿生鱷魚機(jī)器人獲得第十二屆中國青少年機(jī)器人大賽高中創(chuàng)意組三等獎(jiǎng)。

責(zé)編 歐陽雪