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仿生蛇形机器人 复杂环境显神通 |金蛇趣谈

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眼睛、皮肤、步态、捕食方式……人们能从蛇的身上学到很多,就连机器都有很多灵感来自蛇类。乙巳蛇年,与红红火火的人形机器人一道,蛇形机器人也在不断追求更快、更强、更仿生的新突破。

在上海自然博物馆里,B2中庭正在展出的一条蛇形机器人,总是围满充满好奇心的观众。这条来自东莞理工学院的蛇形机器人,静止时就是一条其貌不扬的铁链;启动键一按下,立刻变身身躯蜿蜒、爆发力迅猛的“钢铁蛇”。据仿生蛇机器人团队成员李铠轩介绍,蛇的骨骼结构支撑伸缩运动、蜿蜒运动、侧向运动和直线运动四种运动形式,无论是障碍物、泥泞、沙土都挡不住“蛇步”,“我们从中得到灵感,将其能力用于探测管道、灾后救援等场景”。据介绍,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,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”。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。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,其速度可达每秒40厘米。

在我国,蛇形机器人研究起步不早,但是进步较快。上海交通大学等单位首先开展有关蛇形机器人仿生方面的研究,并于上世纪末诞生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,其后又相继开展了一些相关的理论研究。

今年初,哈尔滨工业大学成功研发了两栖蛇形机器人,实现了无轮式和有轮式的交互。两栖蛇形机器人包括了多个驱赶模块,如蛇头模块、供能模块、蛇身模块、多个被动轮伸缩模块和蛇尾模块。蛇头模块、供能模块、蛇身模块和蛇尾模块顺次连接,形成无轮式蛇形机器人;蛇身模块的两侧侧壁上分别对称安装若干个被动轮伸缩模块,从而实现蛇形机器人有轮模式与无轮模式的切换,使得蛇形机器人可以在复杂路面通行,也能潜入水底,实现了水陆两栖。通过模仿蛇独特的运动特性,蛇形机器人不但能够适应各种复杂地形,还能平均分配自己的体重,具有自封闭结构等特点,胜任各种特殊环境下的救援、检测活动等。同时,最新的蛇形机器人还采用了新型隐身材料,可以有效避免雷达的扫描,配合搭载的高清摄像头,能够完成更多任务。

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