水下蛇形環(huán)境勘測機器人

　　攝像頭擬采用usb 2.4G無(wú)線(xiàn)攝像頭，獨立于主控制板之外，攝像頭采集的圖像信息直接傳給地面控制終端，由專(zhuān)用接收器接收并顯示在PC上位機窗口中。

4.2 驅動(dòng)關(guān)節設計

　　蛇形機器人每個(gè)關(guān)節處采用兩個(gè)舵機進(jìn)行正交連接，實(shí)現每個(gè)關(guān)節2個(gè)自由度的控制，使得蛇形機器人能夠在三維空間運動(dòng)，如圖2與圖3所示。

4.3 供電系統

　　采用11.1V，4000Mah，20C鋰電池組為整個(gè)系統供電，為提高機器人的續航能力，采用太陽(yáng)能電池板通過(guò)升壓電路對鋰電池進(jìn)行充電，機器人外殼采用透明材料(取自空飲料瓶)，內表面覆蓋柔性太陽(yáng)能電池板，通過(guò)多塊柔性太陽(yáng)能電池板串并聯(lián)可實(shí)現對鋰電池12V/2W充電，太陽(yáng)能電池板對鋰電池充電時(shí)，機器人漂浮在水面上(實(shí)際作品未使用太陽(yáng)能電池板，該項功能保留，待后續開(kāi)發(fā))。

4. 4 人機界面HMI的開(kāi)發(fā)

　　這里使用自動(dòng)化組態(tài)軟件LabView來(lái)開(kāi)發(fā)蛇形機器人的人機界面，其工作流程圖如圖4所示。

5 測試與驗證

5. 1 Maya運動(dòng)仿真

　　從整個(gè)制作的過(guò)程來(lái)看，機器人整體的機械結構設計較為復雜，但是最終還是完成了結構的設計、加工與裝配。運動(dòng)姿態(tài)在Maya軟件上進(jìn)行了仿真測試，為蛇形機器人的步態(tài)設計帶來(lái)了方便，如圖9所示。

5. 2 實(shí)驗室測試

　　在Maya軟件上實(shí)現了蛇形機器人的動(dòng)態(tài)仿真后，在實(shí)驗室進(jìn)行了“懸空測試”，驗證所設計的步態(tài)的可靠性，如圖10所示。

5. 3 下水測試

　　為了進(jìn)一步驗證步態(tài)設計的實(shí)際可行性以及蛇形機器人的整體防水性，團隊進(jìn)行了一次下水試驗。試驗結果表明，由于蛇形機器人自身的重力略小于其所能達到的最大浮力，蛇形機器人在水中靜止狀態(tài)下可以實(shí)現漂浮，與理論計算結果相符，在水面上的二維蜿蜒步態(tài)運動(dòng)效果較好，如圖11所示。

6 總結與展望

6. 1 創(chuàng )新之處

　　(1)借助于iNEMO board，使得讓原本開(kāi)環(huán)的蛇形機器人系統實(shí)現了閉環(huán)控制，相比于傳統各類(lèi)蛇形機器人的開(kāi)環(huán)控制有了巨大的突破。

　　(2)正交連接的舵機組成的動(dòng)力結構實(shí)現了機器人的三維運動(dòng)，使得運動(dòng)姿態(tài)更加豐富，應用領(lǐng)域也會(huì )更加廣泛。

　　(3)模塊化的蛇形機器人骨架設計思想，使得某一關(guān)節出現問(wèn)題時(shí)可以進(jìn)行獨立更換。

　　(4)基于LabView制作的上位機軟件功能強大，實(shí)現了各種數據和指令的實(shí)時(shí)傳輸以及攝像頭捕捉到的視頻顯示。

6. 2 展望

　　蛇形機器人是一種新型的仿生物機器人，與傳統的輪式或兩足步行式機器人不同的是，它實(shí)現了像蛇一樣的“無(wú)肢運動(dòng)”，是機器人運動(dòng)方式的一個(gè)突破，具有結構合理、控制靈活、性能可靠、可擴展性強等優(yōu)點(diǎn)。

　　本文設計的水下蛇形機器人希望將來(lái)能夠在海洋復雜環(huán)境勘測中得到應用，如軍事偵察、海底礦藏調查、輸油管道檢查、鉆井平臺水下結構檢修、電纜檢查、水下考古、海上養殖及江河水庫的大壩檢查等領(lǐng)域。

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