仿生鱷魚機器人

鱷魚為典型的熱帶雨林生物，具有很強的環境適應能力，不僅能適應陸地和近海灘涂的多變地形，還能適應比較復雜的水環境，從而為兩棲機器人設計提供了很好的生物原型。

作者從仿生學的角度提出仿生鱷魚機器人的研究。此仿生機器人根據鱷魚的生理結構和運動機理，創造性地研制出具有四條腿、多個自由度的仿生兩棲鱷魚機器人。機器人模仿鱷魚爬行時尾部動作的特點，采用多個舵機設計了柔性多關節尾部，可以在陸地及水里兩種不同環境下進行運動，既可以作為障礙物的移除工具，也可以作為水中游動的推進運載裝置，能夠完成水中物品收集、運載等作業活動。

主要結構：仿生鱷魚主要由四個足部、軀體、頭部和尾部組成。其中足部是實現運動的重要組成部分。每個足部由兩個馬達組成，分別控制髖關節和膝關節。兩個馬達軸成九十度角，其中髖關節的電機軸垂直于水平面，而膝關節的電機軸與鱷魚的中心對稱軸平行。此外，機器人的軀體作為機器人的底座，為各種結構件提供框架，可以連接足部、頭部等。同時，軀體內安放有控制板、6V電池組等。鱷魚的尾部為多自由度柔性結構設計，由三個舵機互相連接而成，可以模仿鱷魚尾巴的甩動，從而實現游泳和排障功能。

控制系統：由PC控制界面、藍牙及舵機控制器組成。操作人員利用PC控制端發送指令，通過藍牙通信的方式將指令發送給機器人身上的舵機控制器。舵機控制器接收到指令后控制機器人運動。采用基于mega328P的多舵機控制器，可以控制多達12個馬達的轉動。

兩棲運動模式：仿生鱷魚能夠實現陸地和水下的兩棲運動。以下分別介紹兩種運動模式下的動作情況。在陸地上爬行時，任意時刻都保證有3條腿在地面上，從而保證爬行的穩定性。此外按照順序依次擺動各腿，以保證動作的連貫性。通過合理布置各腿的運動，可以完成左轉、右轉、前進、后退等動作。在水下游動時，主要以尾巴擺動來實現向前游動的動作。采用創新的馬達防水密封方法，將普通舵機改造為防水馬達，不采用其他的防水外套就能夠將馬達改造成防水馬達（改造后將馬達置于水中，進行24小時的入水測試），可在無防水外套的情況下進行水下工作，不必購買專業的防水馬達，從而降低了開發成本；也不必采用防水外衣，從而增加了機器人運動的靈活性。

仿生鱷魚機器人獲得第十二屆中國青少年機器人大賽高中創意組三等獎。

責編 歐陽雪