蛇形机器人的应用前景

蛇形机器人的国内外研究~

蛇形机器人的研究开创了仿生机器人研究的新领域，同时由于蛇形机器人的广泛应用前景，世界上各个国家的机器人爱好者纷纷开始了蛇形机器人的研究。关于蛇形机器人的研究，美国和日本走在前列，此外加拿大、英国、瑞典、澳大利亚等国也都在开展这方面的技术研究。 从仿生学的角度，第一代蛇形机器人结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立的蛇的行波运动学模型，并研制的机器蛇样机—— SolidSnake，并利用SolidSnake实现了蛇的蠕动、游动、侧移、侧滚、抬头、翻越障碍物等运动形式。SolidSnake利用垂直和水平方向正交的关节来拟和蛇类生物柔软的身体，每两个正交的关节组成一个单元体，每个单元体相当于一个万向节，具有两个方向的自由度，整体形成一个高冗余度的结构体。这样的机构设计使蛇体具有向任何方向弯曲的能力。第二代蛇形机器人SolidSnake II蛇形机器人充分考虑了蛇类生物的运动特点，从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的运动形式。采用模块化设计思路，每个关节均可很容易进行拆卸。机器蛇的8个关节整体形成一个高冗余度的结构体，很容易模仿实现蛇体的复杂运动形式。为了减少机器蛇的运动中的摩擦阻力，在机器蛇两侧安装有从动轮，实现了蛇体的平稳游动，增强了蛇形机器人的灵活性和机动性。采用轻型耐磨塑料制造蛇形机器人的主要结构，既减轻了蛇体的重量，又降低了加工的成本。SolidSnake II蛇形机器人设有多项预留位置，如配备局部控制器、位置及力矩侍服器、从动轮锁死装置等配套装置，可实现机器蛇环境识别和自主运动。在机器蛇的头部配置有红外线探测头，可反馈对环境的监视数据。　　在电路设计上采用485总线联接。上位机为PC机控制，通过对总线的定时轮询来实现随时插拔关节。此设计能方便地实现替换任意关节，能根据不同任务随时拆卸安装新的关节，甚至实现带电插拔，极大的增强了蛇形机器人的可靠性和耐用性。　　并且，SolidSnakeII搭建了完善的软硬件开发平台，为后续的研究开发奠定了坚实的基础。随着研究的深入展开，蛇形机器人研究与应用一定会有更广阔的天地。 上个世纪七十年代，日本东京工业大学的Hirose教授就已经开始了蛇形机器人的研究。Hirose教授于1972年研制了第一台蛇形机器人（ActiveCordMechanism-ACMIII）。该机器人的总长为2m，具有20个关节，依靠伺服机构来驱动关节左右摆动。为与地面有效地接触，该机器人的腹部安装了脚轮。该机器人的最大速度为40cm/s，只能在平面上运动。继第一台蛇形机器人之后，Hirose教授的研究室又先后研制了一系列的蛇形机器人。ACM-R3是最近的研究成果，ACM-R3机器人采用完全无线控制的方式，每个关节自带电源。而且ACM-R3为三维结构，能够在三维环境中运动和完成复杂的三动作。日本的NEC公司的Takanashi研制了刚性关节连接的蛇形机器人，该机器人的机构采用了特殊的关节结构，具有6个管状的连杆，长1.4m，直径42mm，重4.6kg，能够实现三维空间运动，可以应用在危险情况下的勘查和营救工作。NASA的JPL采用了NEC的蛇形机器人结构设计了一种Serpentine robot，该机器人约1m长，直径4cm，重量为3.18kg，具有12个自由度，主要是完成在存在障碍物的环境中的操作任务德国的GMD研制了蛇形机器人。该机器人采用绳索驱动，具有较好的柔性。此外，在蛇形机器人上安装了红外线传感器来检测环境信息。此外，还有很多蛇形机器人先后被开发，这里就不一一介绍了。 挪威科技工业研究院(SINTEF Research Institute)已经设计出一种用于火星表面探测的蛇形机器人，目前正在努力改进。这种机器人形体类似于蛇，并能够像蛇一样穿越几乎所有障碍。研究人员认为，这种蛇形机器人可以成为火星探测的极好工具，ESA 似乎也同意这一点。SINTEF刚刚从欧洲太空总署(European Space Agency，简称ESA )获得了50万挪威克朗(约合85,000美元)的资金，用于研制这种蛇形机器人。SINTEF的研究人员表示，蛇形机器人将不会取代已有的火星探测工具火星车(Mars Rover)，他们正在寻找一种能够让这两种工具共同工作的方式。“我们正在研究在几个备选方案，使火星车和蛇形机器人能够在一起工作。由于火星车具有强大的能源装置，它可以通过电缆为蛇形机器人提供能源。如果蛇形机器人不得不使用其自己的电池，它将很快耗尽能量，那样我们就会失去它。 “SINTEF高级研究科学家Aksel Transeth解释说。“有一种选择是将蛇形机器人装进火星车的机械臂中，并使它具备与该机械臂断开连接和重新连接的能力，这样它就可以降落到火星表面，并进行独立活动。 ”Transeth补充说。对研究人员来说，这将是一个理想的方案。这个方案允许火星车进行远距离旅行，而让蛇形机器人去探索那些难以靠近的地方。蛇形机器人可以凭借自身的能力钻孔、爬悬崖或者进入狭窄的裂隙去进行探测活动。在理想的情况下，蛇形机器人不仅能火星车一同工作，而且能够帮助它脱离困境。“蛇形机器人和火星车的联合也意味着，如果火星车被卡住了，蛇形机器人将能够协助它摆脱困境。”SINTEF高级研究员PAL Liljebäck 说，“当火星车被困，蛇形机器人可以降落到地面，并围绕周围的岩石转圈，使火星车能够通过电缆绞车的方式摆脱束缚。”SINTEF还没有制造出这种蛇形机器人蛇的活动原型。但研究人员说，这项工作将在几个月内完成。 在我国，蛇形机器人的研究刚刚起步，但是进步较快。哈尔滨工业大学机器人研究所，上海交通大学等单位首先进行了蛇形机器人仿生方面的一些研究工作。上海交通大学崔显世、颜国正于1999年3月研制了我国第一台微小型仿蛇机器人样机，该机构由一系列刚性连杆连接而成，步进电机控制相邻两刚性连杆之间的夹角，使连杆可以在水平面内摆动，样机底面装有滚动轴承作为被动轮，用以改变纵向和横向摩擦系数之比，其后又相继作了一些相关的理论研究。2002年，国防科技技术大学研制了一个蛇形机器人样机，该样机不但可以实现平面内运动，而且采用密封外皮后，能在水面上实现蜿蜒运动。中科院沈阳自动化所机器人重点实验室也开始了蛇形机器人的研究，并提出一种新型蛇形机器人结构，可实现多种适应环境的平面和空间运动形式，并作了深入的理论研究。沈阳航天航空大学等单位也开始蛇形机器人的相关研究工作。

介绍国外水下机器人技术的应用前景

蛇形机器人具有很多优点，能够应用到很多复杂和危险的环境中。虽然蛇形机器人的研究尚处在实验阶段，但蛇形机器人有广泛的应用前景。蛇形机器人可以应用到但不仅仅局限在以下各领域:
1)科学探险和状况检查:代替或部分代替人去完成危险环境中的作业是研制机器人的主要目的之一。科学探险是科学家探索大自然奥秘和丰富地质资源的有利手段，但常常因为环境和气候恶劣，无法到达目的地完成指定的探险任务。非结构环境下的作业和运动对机器人的性能和运动形式提出了非常严格的要求。
2)防恐防爆和灾难救援:自美国纽约的911事件之后，防恐防爆成为各个国家维护国家安全和人民生命财产不受侵害的主题。机器人学的研究人员制作了形式各异的机器人来代替人去完成防恐防爆和救援伤员的任务。蛇形机器人也适合于完成灾难救援任务。特别是蛇形机器人身体的各个部分都与地面接触，对地面的压力均匀而且非常小，适合在灾难后的危险建筑中运动和搜救。这些灾难主要包括:地震、爆炸、地质陷落、龙卷风和火灾等等。
3)医疗:设计小型的移动机器人，进入人体器官(如肠道、血管)完成手术和定点给药是机器人研究的一个新的热门领域。如果将蛇形机器人做得非常小，就可以进入人体的肠道完成作业。
4)航空航天:神州五号飞船的顺利返航证明了中国在航空航天方面坚实的科学实力。探月工程的启动表明中国政府探索外星系的决心和信心。正像美国的勇气号和机遇号机器人在火星上执行作业一样，探月工程也需要机器人来完成各种作业。蛇形机器人有望在这方面得到应用。
5)危险环境作业:能够用身体移动和操作是蛇形机器人有别于其它移动机器人的一大特性。它可以穿越狭小空间、进入危险环境，然后完成操作任务。安装合适的传感器后，也可以应用蛇形机器人来完成排雷任务。
6)军事:蛇形机器人本身体形细小，加上合适的伪装后，便于隐身。此外，如果蛇形机器人的每个单元都安装上传感器，那么它可以用甩掉关节的办法来布置传感器，形成一个大型的信息系统。
7)作为操作手:将蛇形机器人的一端固定，那么它就变成一个具有冗余自由度的操作手，可以完成复杂的抓取动作。例如:狭小空间的操作，复杂环境下的避碰操作等等。
综上所述，蛇形机器人的研究对很多重要领域有着极其重要的意义。但我国在蛇形机器人的研究还在发展阶段，还需要进一步地发展。

---

长岭县18594767217： 蛇型机器人有什么作用 - ？
蔡姣过岗： 蛇形机器人可以成功上下一根塑料管道,并可以跨越废墟碎片间的巨大空隙以及在草丛中来去自由.让蛇形机器人在坍塌废墟中穿梭,能更快地找到幸存者,为灾难救援工作带来了技术突破.在国内,上海交通大学、中科院沈阳自动化研究 所、国防科技大学等单位相继研制出了蛇形机器人样机.

长岭县18594767217： 蛇形机器人应用在哪些方面？
蔡姣过岗： 管道等等等

长岭县18594767217： 蛇形机器人的简介 - ？
蔡姣过岗： 蛇形机器人 ,是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人.由于它能像生物一样实现“无肢运动”,因而被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人.日本东京科技大学于1972年研制出世界上第一条蛇形机器人,其速度可达40厘米/秒.而美国的蛇形机器人研究则代表了当今世界的先进水平.2000年10月,美国航空航天局在加利福尼亚装备研制中心展示了一种用于外太空探险的蛇形机器人,它能在一些复杂地形行走时如履平地,运动十分灵活,并具有探测、侦探等多种功能.

长岭县18594767217： 未来机器人的前景如何? - ？
蔡姣过岗： 机器人在未来会有很大的前景.机器人的制造主要是用来为人类服务的,单凭这一点就注定它会有很大的存在价值;仿人形机器人主要是降低人对自动机械的抵触感,使机器人能更好的为人类服务.你的疑虑在于,当前的机器人智能化还不够高...

长岭县18594767217： 机器人有着怎样的应用前景? - ？
蔡姣过岗： 虽然形形色色的机器人在各种场合有条不紊地做着不同的工作目前还只是科幻电影中的场景,但是,随着近年来实用型家庭机器人研究的不断深入,有人预言,若干年后,此类机器人将如同现在的个人电脑一样普及.人们可以利用它们来处理家...

长岭县18594767217： 仿生机器人的前途 - ？
蔡姣过岗： 首先,模仿某些昆虫而制造出来的机器人并非简单.比如,国外有的科学家观察发现,蚂蚁的大脑很小,视力极差,但它的导航能力高超:当蚂蚁发现食物源后回去召唤同伴时,是把这一食物的映像始终存储在它的大脑里,并利用大脑里的映像...

长岭县18594767217： 人形的机器人科学吗?其他形状的机器人不是更有优势吗 - ？
蔡姣过岗： 事实上有各种各样的机器人在人类生活中出现,比如航天领域应用的拥有轮子的机器、救灾时用的蛇形机器人等,各种用途的机器人有各种对应的形态,而动画片里面的人形机器人的设计主要是为了好看而已

长岭县18594767217： 美国研发的救援新神器是什么?？
蔡姣过岗：据路透社报道,如何制作一个蛇形机器人呢?当然,你首先需要研究蛇.在本周四,研究人员说他们设计实验,准确研究响尾蛇响究竟如何在沙丘上爬行,并将之用于蛇形机器人,以便蛇形机器人可以做同样的事情.他们的这项研究成果发表在...

长岭县18594767217： 蛇类在教学和高科技方面的价值有哪些? ？
蔡姣过岗： 蛇类可供少年科技馆(动物园)和博物馆陈列展览,进行现 场的科普教育,供人类更... 的爬行和缠绕这两种功能,研制出了“蛇形机器人”.它可以轻 松自如地代人探视和...