仿生机器人的发展应用
1. 仿生机器人的发展应用
2. 蚯蚓的运动机制
仿蚯蚓蠕动式机器人运动的模型和力学分析
A．仿蚯蚓蠕动式机器人的直线运动机制
仿蚯蚓蠕动式机器人的转弯运动理论分析
B.
。本文设计的仿蚯蚓蠕动式机器人系统由多个模块组成，每个
模块具有相同的结构和参数，中心处安装一根有一定弹性的软芯起到一
定的
支撑作用。机器人由三根并联的SMA弹簧驱动器进行驱动
微型管道机器人的驱动方式大致有以下几种8?：微型电机驱动、
压电驱动、形状记忆合金(SMA)驱动、气动驱动、磁致伸缩驱动、电磁驱动、 橡胶驱动、电流变液驱动、热力驱动、光驱动、静电驱动、微波驱动、超声 波驱动、超导驱动、金属氢化物驱。
3．1蠕动式机器人常用驱动方式的比较
驱动类型优点缺点
SMA驱动功率／重量比大；结构简单； 散热较慢：
易于控制；低压驱动工作频率较低 压电驱动可完成精确控制(亚微米级)； 应变量较小
刚性高；频率高： 驱动电压较高 可轻易获得较大推动力
电机驱动原理简单需要减速装置 不易于小型化
电磁驱动结构原理简单：控制方便体积较大
性能稳定；输出力大能量消耗较大 气动驱动驱动力较大体积较大 结构复杂
SMA驱动器
电磁驱动
放在磁场中的载流导体要受到洛仑
兹力：，=侣￡sin口。其中，J为电 流强度，B为磁场强度，三为导体长度，口为磁场方向与电流方向的夹角， 安培力F的方向垂直于B与，所决定的平面。利用这一原理可以制造电磁驱
动器。
日本香川大学和名古屋大学研制出采用电磁驱动的管道水下机器人B扪， 如图1．4所示。电磁驱动的工作原理为：线圈产生平行于前进方向的交变的
电磁场，永久磁铁产生的旋转振动作为推进驱动力。永久磁铁驱动弹性鳍摆
动，在身体的前半部分产生旋涡，推动身体后半部分摆动前进。运动的加速
度取决于产生旋涡的身体部位。转弯或加速时，在尾部产生螺旋旋涡。通过
改变电流的频率改变微型机器人的运动速度。
1蠕动式机器人控制系统
仿蚯蚓蠕动式机器人运动实验与分析
随着70年代电子技术、计算机技术和自动化技术的发展和进步，国外的 管道机器入技术于90年代初得到了
动，在身体的前半部分产生旋涡，推动身体后半部分摆动前进。运动的加速
度取决于产生旋涡的身体部位。转弯或加速时，在尾部产生螺旋旋涡。通过
改变电流的频率改变微型机器人的运动速度。
1蠕动式机器人控制系统
仿蚯蚓蠕动式机器人运动实验与分析
随着70年代电子技术、计算机技术和自动化技术的发展和进步，国外的 管道机器入技术于90年代初得到了
迅猛发展，并接近于应用水平¨1。日本学
者T．Morimitsu等人于1987年成功研制了一种振动式管内移动机器人僵一01，其
工作原理是在机器人的外表面装有若干与机器人本体成一定角度的弹性针，’
靠弹性针的变形使管道机器人压紧在管道内壁上。随着MEMS技术的发展，
微型管道机器人成为管道机器人领域中一个重要的分支。微型管道机器人是
一种可沿细小管道内部或外部自动
行走、携带一种或多种传感器及操作机械，
在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、
仪一体化系统㈣。
我国对于管道机器人的研究已有二十余年的历史。哈尔滨工业大学的邓 宗全等人早在1987年就对管内行走机构进行了较深入的研究。虽然我国微型
管内机器人的研究起步较晚，但渐渐得到了重视，以上海交通大学、上海大
学、广东工业大学为代表的院校在国
家863计划和国家自然科学基金委的资
助下，开展了卓有成效的工作，取得了一系列的成果”}哺1
3.电磁场、微波技术与天线 O441.4/1108-3
馆藏复本：4
可借复本：4 宋铮, 张建华, 唐伟编著
西安电子科技大学出版社 2011.8
4.电磁场.第2版 O441.4/1106-2=2 主编薛太林
中国电力出版社 2011.6
5.电磁学概论 O441/1104
馆藏复本：4
可借复本：4 主编刘国昌 中国电力出版社 2011.5
15.电磁兼容的电路板设计:基于Altium designer平台 TN410.2/1105-2 馆藏复本：6
可借复本：3 姜付鹏等编著 机械工业出版社 2011.5
3.机器人概论 TP24/1105
馆藏复本：5
可借复本：3 主编李云江 机械工业出版社 2011.5
5.机器人技术 TP24/1102
馆藏复本：5
可借复本：5 张玫, 邱钊鹏, 诸刚编
机械工业出版社 2011.2
11.机器人编程设计与实现 TP242/1006
馆藏复本：5
可借复本：3 (美) John Blankenship, Samuel Mishal著
科学出版社 2010.6
1.力学与工程问题的分数阶导数建模 馆藏复本：0
可借复本：0 陈文，孙洪广，李西成等著
科学出版社 2010.12
2.力学与电磁学基础 O3/1108 馆藏复本：4
可借复本：4 籍延坤, 刘惠平编著
中国铁道出版社 2011.8
5.力学和电磁学中的变分原理及其应用 O316/1104
馆藏复本：5
可借复本：5 梁立孚著
哈尔滨工程大学出版社 2011.4
管道机器人作为细小管道的一种有效的检测工具已经在工业、医疗 等领域有了越来越广阔的应用空间 微型管道机器人是微型机器人领域的一个重要的研究方向，主要包括用 于发电、化工、制冷等行业中的细小
管道检测的刚性管内移动的微型机器人，
以及能进入人的肠道的机器人式内窥镜柔性管内移动的微型机器人。使用微
型管道机器人可以提高管道检测的效率和精确度。用于医疗领域的微型管道
机器人利用人体管腔和液体介质在人体内部行走，以实现诊断、治疗和手术
等，可以大大减轻或消除目前临床上广泛使用的各类内窥镜、内注射器、内
送药装置等医疗器械给患者带来的
严重不适及痛苦，减少对人体其它完好组
织的伤害，缩短康复时间消除手术引起的副作用，降低医疗费用，减轻患者
的生理痛苦和医疗人员手术操作时的心理压力。
蠕动爬行类机器人[233作为仿生爬行机器人中的一支，正受到越来越多学者的关注，所以将来会有很大
的发展空间．它是根据蠕虫爬行时的分节现象而得来的，其运动方式是前体节夹持住物体，通过肌肉收缩，带 动后体节前移，从而实现蠕动爬行． 从国内外研究现状不难看出，基于仿
生学研究的移动机器人、爬行机器人、爬壁机器人等，其驱动机构的
形式有气动人工肌肉、SMA驱动、齿轮驱动、连杆驱动、气缸或油缸驱动、轮式驱动、履带驱动等，它们各有特 点，如气动人工肌肉驱动具有体积小、质量轻的特点，但需要解决气源携带问题[2胡；SMA驱动同样具有体积 小、质量轻、安装方便特点，但其伸缩位移小，一般用于微机器人的驱动
[2朝；齿轮驱动、连杆驱动、气缸或油缸
驱动等具有质量、体积大特点，适用于多自由度运动控制系统等．本文正是从这一问题出发，由生物蠕动爬行