仿生蜘蛛机器人的设计与实现

仿生蜘蛛机器人的设计与实现

近几年，仿生学已经从一个鲜为人知的边缘学科走进人们视野，运用于生活中的各个领域。生物学机理与机器人的结合，形成仿生机器人，成为广大研究人员关注的一个焦点。仿生机器人是机器人技术领域中一个新兴的发展分支，是指模仿生物、能根据生物的外部形状，运动原理和行为方式等进行模仿，并能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的种类多样，涵盖了天上、地上、水中等活动领域的各类机器人，其中地上行走的机器人，根据其行走方式的不同，还可以分为跳跃机器人、轮式机器人、足式机器人以及爬行机器人。文中主要对蜘蛛机器人进行设计，目标是基于生物界中蜘蛛的生理结构，运用其生物行为，设计出能平衡行走、判断方向、感受外界刺激的机器人；另外，仿生蜘蛛机器人在结构上有别于人型或轮式机器人，使其在较差路况下行走成为可能，可以执行在废墟中搜救等任务。因此仿生蜘蛛机器人的设计与实现具有较高的研究价值和实际意义。1 机器人本体设计生物界蜘蛛的特点是拥有8 条腿，在行走时，总会有4 条腿着地，用以保持自身的平衡。其生物行为除了行走，还有转弯、攻击、趴下等，每个行为作业都靠脚部的运动来实现，因此对腿部的灵活度要求较高；其次，要使机器人具有生物的特性，需对外界的刺激做出正确的判断和及时的响应，所以感觉器官的模拟也至关重要。1．1 躯干设计考虑到蜘蛛机器人躯干部位对灵活度基本没有要求，无需搭建活动关节，且整机控制器不宜受到关节活动干扰，于是将整机控制器作为躯干部位，完全符合要求，并且便于操控。控制器采用16 位高性能低功耗的AVR 单片机，频率最高为16 MHz，运算速度最快为16 MI·s-1。对于小型仿生蜘蛛机器人的运动解算和规划，该运算能力足以满足控制和在线规划的运算要求。1．2 腿部设计腿部设计是实现蜘蛛机器人功能的关键。机器人设计有6 足，行走时依