北航第21届冯如杯学生科技作品竞赛一等奖作品项目论文 - 仿生机械尺蠖 - 图文

北京航空航天大学第二十一届“冯如杯”学生参赛作品

2、模块化设计还可以使机器人有更强的适应性，根据要完成任务的不同来调整“身体”的长度。当机械尺蠖有损坏时，可以丢弃损坏的模块而不影响其剩下的结构，尺蠖仍然可以正常运作。

3、模块化设计的鲁棒性高，可以利用冗余度和全局反馈补偿个别模块的局部误差。

4、模块化设计还具有拆卸方便，便于运输和收

藏等其他优点。

图2 机械尺蠖的基本关节模块

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3.2 关节模块的级联结构

图3 关节模块的级联结构

3.3 机械尺蠖的总体装备结构

完成装配效果图如图4。

图 4 总体装配完成效果图

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四、控制部分设计

4.1 尺蠖运动步态的控制

尺蠖是一种蛾的幼虫，这种蛾叫尺蠖蛾。尺蠖蛾也有十几种之多，但它们的幼虫，都叫尺蠖，这种虫的样子有点像蚕，身子细，约有三寸长，脚生在头部和尾部，行动起来，样子非常古怪，要将长在尾部的脚，移到了齐近头部的脚，在头部的脚，再向前移去，如此继续不断。当头部的脚，和尾部的脚，靠在一起的时候，整个身子，就弯了起来，所以它在向前行

进之际，实际上就是不断弯成弓形再放直的动作。

图 5 自然界尺蠖步态

4.2机械尺蠖运动机构的等效模型

尺蠖的运动方式比较复杂，如何控制7个舵机的关节的姿态角来使各个关节规律地运动进而前进、退、爬坡及越障，这是我们项目中遇到的最为棘手的问题。

驱动机械尺蠖的8个舵机的驱动力对于机械尺蠖整体来说是内力，而质点系内力对于质点系质心位移无影响，所以要想使机械尺蠖质心坐标相对地面运动，必须有外力作用在尺蠖身上，这个外力只能是地面给尺蠖腹部的摩擦力，这个摩擦力可以由舵机的内力矩间接提供。

为了方便研究，现将尺蠖整体视为一组平面连杆机构。其中7个关节姿态角分别控制机械尺蠖的运动姿态。

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图 6 关节连杆模型

表格 1 机械尺蠖关节模块参数

关节连杆长度 75mm 关节模块重量 103g

关节宽度 60mm 关节扭力矩 10-13kgcm 关节高度 42mm 关节输出功率 0.1w 关节旋转角度范围 ??85?,85??

图 7 机械尺蠖仿生步态

4.3机械尺蠖运动机构的控制系统

通过机构和运动分析，我们可以得到机械尺蠖控制系统要进行以下工作： 1、建立运动模式库，来储存各种运动模式的数据；

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