《科技创新与品牌》杂志社奇思妙想

仿生鳄鱼机器人

  鳄鱼为典型的热带雨林生物,具有很强的环境适应能力,不仅能适应陆地和近海滩涂的多变地形,还能适应比较复杂的水环境,从而为两栖机器人设计提供了很好的生物原型。

  作者从仿生学的角度提出仿生鳄鱼机器人的研究。此仿生机器人根据鳄鱼的生理结构和运动机理,创造性地研制出具有四条腿、多个自由度的仿生两栖鳄鱼机器人。机器人模仿鳄鱼爬行时尾部动作的特点,采用多个舵机设计了柔性多关节尾部,可以在陆地及水里两种不同环境下进行运动,既可以作为障碍物的移除工具,也可以作为水中游动的推进运载装置,能够完成水中物品收集、运载等作业活动。

  主要结构:仿生鳄鱼主要由四个足部、躯体、头部和尾部组成。其中足部是实现运动的重要组成部分。每个足部由两个马达组成,分别控制髋关节和膝关节。两个马达轴成九十度角,其中髋关节的电机轴垂直于水平面,而膝关节的电机轴与鳄鱼的中心对称轴平行。此外,机器人的躯体作为机器人的底座,为各种结构件提供框架,可以连接足部、头部等。同时,躯体内安放有控制板、6V电池组等。鳄鱼的尾部为多自由度柔性结构设计,由三个舵机互相连接而成,可以模仿鳄鱼尾巴的甩动,从而实现游泳和排障功能。

  控制系统:由PC控制界面、蓝牙及舵机控制器组成。操作人员利用PC控制端发送指令,通过蓝牙通信的方式将指令发送给机器人身上的舵机控制器。舵机控制器接收到指令后控制机器人运动。采用基于mega328P的多舵机控制器,可以控制多达12个马达的转动。

  两栖运动模式:仿生鳄鱼能够实现陆地和水下的两栖运动。以下分别介绍两种运动模式下的动作情况。在陆地上爬行时,任意时刻都保证有3条腿在地面上,从而保证爬行的稳定性。此外按照顺序依次摆动各腿,以保证动作的连贯性。通过合理布置各腿的运动,可以完成左转、右转、前进、后退等动作。在水下游动时,主要以尾巴摆动来实现向前游动的动作。采用创新的马达防水密封方法,将普通舵机改造为防水马达,不采用其他的防水外套就能够将马达改造成防水马达(改造后将马达置于水中,进行24小时的入水测试),可在无防水外套的情况下进行水下工作,不必购买专业的防水马达,从而降低了开发成本;也不必采用防水外衣,从而增加了机器人运动的灵活性。

  仿生鳄鱼机器人获得第十二届中国青少年机器人大赛高中创意组三等奖。

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