蛇行机构1期中报告指导老师郭正雄张铭永组长邓亦书组员.doc

蛇 行 機 構1 期中報告 指導老師 郭正雄 張銘永 組長 鄧亦書 組員 楊宗霖 林哲士 目錄 : 緣起 現況 (專利、現有產品、技術等) 功能需求分析 初步設計與評估 初步概念設計圖 預期可能遭遇困難及解決方法 參考資料 附錄 緣起: 一般大家對蛇的印象往往都是充滿邪惡感、陰森可怕的感覺，害怕它的毒牙、害怕它那詭異的行進方式，也因為它奇特的行進方式，不用足部即可行進的特別方式，引起許多科學家的研究興趣，進而發展成一項機械蛇的學門。我們從網站上閱覽了許多有關機器蛇的網站，深深發覺原來機器蛇的發現已經相當完整、先進，我們看到有的機器蛇可在管子裡縱向地蛇行前進、有的在水上橫向前進、而有的也可在崎嶇不平的地面上依舊生龍活虎，靈活地運用其蛇行運動的特點蜿蛐前進。當然，這些的特點足以彌補正規機器人無法在特別地形上行走的劣勢，像是水管的探測、兩棲探測功能、……等，都可由蛇行的方式來取代一般的足部設計。所以，很高興有這樣的機會能在這次的專題中研究探索一番機器蛇的奧秘，而以下的內容就是本學期我們這一組對機器蛇的研究和初步的設計規劃。 現況 現有產品 : Snake Robots博士- Gavin Miller 之機器蛇系列 1. S3 蛇機器人原型 S3 (1996-97) 材料: 膠合板、黃銅標尺, 和塑料。 組分: 二個基本的郵票II 微處理器(20 兆赫), 35 臺伺服機, 5 個伺服操縱單位, 24 電池, 4 種渠道無線電控制。 S3 代表了一個新設計根據一條真正的蛇的橫斷面。脊髓專欄沿上面被創造使用給二個自由程度各段普遍聯接的火車。對伺服機被使用在反對在一個新穎的安排。這使蛇垂直波動並且水平地。這條蛇的目標是展示sidewinding 的行動並且常規水平的undulatory 進步。第二個特點是對一個唯一輪子的用途在各段之下中部, 允許蛇行動像rollerblades 火車。指點和速度是受控的使用一根控制桿當第二控制桿控制舉並且相當數量sidewinding 。 2. S5 (1998-99) 蛇機器人原型 材料: 聚碳酸酯纖維塑料、黃銅標尺, 和乙烯基金屬 組分: 一個基本的郵票II 微處理器(20 兆赫), 一個Scenix 微處理器(50 兆赫), 64 臺伺服機, 8 個伺服操縱單位, 42 個電池, 4 種渠道無線電控制。 S5 代表S3 的提煉設計。零件被創造了使用一臺數字上受控制銑床。這考慮到更多準確性, 和一個更小的橫斷面。幾乎加倍段的數量允許開始類似胖的真正的蛇長度對寬度比率的機器人。當蛇增長在大小, 設計開始安置更重的要求在接線和控制能力。基本的郵票控制器駕駛二, 支持4 輛同時連續公共汽車沿蛇的長度的快速處理機。被分割的金屬被使用給一種更加連續的感受整體形狀。有能力掃描區域為障礙在前線,自治探索, 避免障礙使用一個紅外傳感器, 可能由無線電控制並且引導。理想的為攀登粗礪的地形和保留低側面。探險, 偵察使命, 遙感在敵對區域, 地雷偵查, 和維護裡面狹窄通道。? 3. 功能需求分析 : 機械蛇一開始出現的目的主要都是用在於探測、探索的功能，會應用在這方面的原因，則是因為蛇這種生物很能適應地形而行動的特性，再加上可以靈活的控制，因此在許多領域有著廣泛的應用前景，如在有輻射、有粉塵、有毒環境下及戰場上執行偵察任在地震、塌方及火災的廢墟中尋找傷員在狹小和危險環境中探測和疏通管道 (圖一) 在頭部裝設一個能左右擺動的馬達，馬達將帶動主軸左右擺，那麼整條蛇的行進可分成五個主要的步驟： (１)第一步，馬達牽動主軸向右擺動 (２)第二步，頭為固定狀態將尾巴往前牽引 (３)第三步，尾巴固定將頭往前推進 (４)第四步，馬達牽動主軸向左擺動 (５)第五步，尾巴固定將頭往前推進 然後我們開始構思，如何控制頭部跟尾部的固定機構。先從頭部開始分析，依照剛剛所介紹的行進原理，主軸往外側擺動的時候，頭部是固定狀態，所以我們要將一種摩擦力大的材質往下壓，使其接觸地面，而主軸往內擺的時候，頭部這時候是放鬆狀態，所以我們要把其摩擦力大的材質收回來。於是我們設計了下圖的運作模式 (圖二) 這個設計概念是看到原子筆頭的伸縮所觸發的，我們就運用這個概念，設計了上圖的運作模式。 圖中的三個突起，是連接在同一個剛體上的，而整個剛體就好比原子筆尾部的按壓處，小圓是連接在主軸上面的，運用正逆轉的原理，小圓球可以作往右跟往左的反覆來回，因