第二十一届“冯如杯”
学生参赛作品
仿生机械尺蠖（huo）
项目编号：
指导教师：***
作者：***39152297
      孙诗炎39152211
姚连生机械论文39152206
冯亚春39152210
     
北京航空航天大学
2011年3月26日
北京航空航天大学
第二十一届“冯如杯”学生参赛作品
仿生机械尺蠖（huo）
指导教师：***
第一作者：邹征夏  39152207
其他成员：姚连生  39152206
                孙诗炎  39152211
                冯亚春  39152210
2011年3月26日
摘 要：
尺蠖，又名“弓背虫”，是一种柔软的无脊椎爬行动物，常生长在桦树、杨树上，在粗糙的树干、树叶、地面和草地上爬行。尺蠖的爬行动作因其特殊的身体结构而非常与众不同，它既不同于蛇依靠肌肉的左右摇摆前进，也不同于蚯蚓依靠肌肉的纵向收缩伸展来前进，它是通过独特的纵向弓背、延展来进行爬行。这种爬行与蛇和蚯蚓的运动形态相比，其最大优点是与爬行表面的接触面积小，滑动摩擦力最小，尺蠖的头尾长有吸盘和触脚，通过吸盘和触脚的抓力，一曲一直运动，极大减少了身体整体接触摩擦表面带来的滑动摩擦力。同时，弓背－延伸的爬行方式，也更加适用于复杂的地形，如狭窄的管道、粗砺的地面、不规则的壕沟，不平坦的废墟等。这些都是比蛇和蚯蚓更具优势的运动方式。
目前国内外仿生蛇、仿生鱼等依靠肌肉左右摇摆获得前进动力的仿生机器人已经得到大量的充分的研究，但是在仿生尺蠖领域还比较薄弱，依靠弓背－延伸来爬行的运行状态模拟还有很多研究工作需要深入开展。本作品的创新点在于设计了一种仿生机械尺蠖，模拟弓背－延伸的独特爬行运动，设计了独特的爬行步态，减小爬行摩擦力，可以适应复杂地形。在一些具有特殊地形（如狭窄的管道，壕沟，废墟）的路面上能体现出相当大的优势，经加载探测头和定位器后，可以承担侦查、探测、救援等工作。
该仿生机械尺蠖的设计方案，模拟尺蠖的身体构造，采用模块化的关节状设计。机械尺蠖由8个相同的关节串联而成。每两个关节构成一个单元，每个单元具有纵向单方向的自由度，尺蠖的每个关节都由一台舵机驱动，整条尺蠖由单片机控制每个关节的弓背－延展动作，从而，机械尺蠖整体构成一个高冗余度的平面连杆机构，实现可编程的独特的尺蠖爬行动作模拟。
作品设计并制造了机械尺蠖样机，并开展了机械尺蠖运动步态建模分析、数字仿真、实际样机运动步态测试工作。对三连杆波步态和多连杆波步态等对机械尺蠖运动速度的影响进行了仿真和实测数据比对，提出了优化措施。
本项目的创新点在于：