2010 IEEE国际会议关于机器人与仿生技术的会议记录 十二月14-18日，2010，天津，中国
针对可变形履机带器人的动态变形方法
摘要——对变形机器人阿米巴II来说，重构一直是一个重要的问题。在移动过程中，履带与地面之间的摩擦使机器人的变换完成困难并且消耗大量的能量。为了解决配置问题，本文提出了一种对可变形履带机器人的动态形态转换的方法。它可以利用摩擦的一部分能量推动可控制的轨道旋转移位。基于动态模型的分析，可将扭矩更均匀地分配给每个机器人的电机，通过调整运动的速度和行驶速度避免在一个特定的运动轨道中过度消费形状位移。此外，这种方法可以减少在位移过程中的能量消费。空间限制也使得分析所需的空间形状变化过程是有必要的。基于动态模拟分析表明，动态变形可以使可变形机器人更高效。
Ⅰ.引言
随着社会的发展，越来越多的机器人将出现在人类劳动的地方。他们在恶劣的环境下，如排爆，灾难现场，和生命的禁区执行各种任务的危险。
对于移动机器人，要在各种环境中完成这些任务，机动性是一个主要的要求。一个机器人一个单一的配置可能会在一个特殊的环境有突出的机动性，但它在其他环境中可能机动性很差甚至无法完成任务。在多个环境中的机动性对于一个机器人的重构是非常重要的。有很多好的设计与重构功能的机器人PackBot [ 1 ]，REMOTEC Andrus机器人[ 2 ]，[ 3 ]，手推车mk8 [ 4 ]，阿滋慕[ 5 ]，rlma [ 6 ]，玛蒂尔达[ 7 ]，murv-100 [ 8 ]，和赫利俄斯机器人[ 9 ]。基于这些机器人的分析，一个可变形履带机器人名叫变形虫II [ 10 ]开发了。变形虫II有两个主要的配置以及辅助配置以适应各种环境和完成各种任务。此外，基于前代，阿米巴II的新一代还设计了实施两栖任务的功能。
与正常的移动机器人相比，针对可变形机器人重构方法一直是一个棘手的问题，由于地形和机器人之间复杂的相互作用。在正常的构型转化过程中，有一个单位转换驱动执行过程。在这过程中，地面与轨道间的瞬间的力量是巨大的，因此对电机转矩的需要和执行转化消费的能量也随之增加。大扭矩可能损坏电动机和机器人，大能源消耗将减少的机器人的工作时间。因此，改变机器人在降低转矩和转变能量消耗配置的过程是非常重要的。在本文中，一个对变形机器人的动态变形的方法将在转型的过程中采用。在这个过程中的动态变形，不仅只有一个单位负责转变，也有其他单位将有助于转变。这种方法可以利用一部分摩擦驱动形状由可靠的过程轨道旋转控制进行转换。
本文的组织如下：第二部分简要介绍阿米巴II机制的配置。第三部分提出了一个动态模型，阿米巴II执行过程中的动态形状改变。部分四，提出了动态变形仿真结果运动，并给出了我们的分析结果。最后，我们的结论是在第五部分提出。
II.配置和机制amoeba-ii
任务描述部分提出了机器人不仅可以快速移动，在开放的空间还可以通过裂缝和跨越障碍。变形虫II为了执行这些任务转变了并行配置和线性配置配。
1）并行配置：如图1，为使阿米巴II在崎岖的地形行进，并行配置为主要运动的配置，随着地形的变化并行配置，软移动具有高适应性，机器人可以前后移动和改变方向控制两个
轨道速度。移动单元移动的方向相反速度，机器人将在原来的位置通过。调制的相对角度的机器人单元之间，变形虫II可以改变姿势实现和地面之间的接触。移动台在爬障碍，如图1（b）。
2）线性配置：如图2（a）由于有宽度尺寸的限制，机器人通过线性配置可以通过狭窄的空间如倒塌的建筑物狭缝和楼梯，它是这些机器人一个基本能力。通过调整机器人的运动姿态连续，变形虫II可以通过楼梯如图所示图2（b）。
（a） 对地形行结的平构（b）阿米巴II的适应性 图1.阿米巴Ⅱ并行配置
（a）变形虫II通过紧凑的空间（b）变形虫II穿过楼梯 图2.阿米巴II线性配置
为实现这些配置的姿势，阿米巴II机构对称设计，如图3所示。变形虫II由两个移动单元，两个节单元连接。
图3.阿米巴II机制
1）移动装置：如图所示，该移动单元包括一个轨道，两个电机，两个控制器，两个链轮，和防水盒。轨道可供应接触面积大的机器人满足适应性要求。因此，它作为阿米巴Ⅱ的基本驱动机制。同时，跟踪生产刺获得高附着系数。电机将由链轮传动。防水箱是专为两栖任务。
图4.移动单元的机制
2)俯仰装置：如图5，俯仰装置包括被动齿轮，防水盒和一个被动轮。俯仰装置用于将电源模块的自由度达到垂直的姿势如图5b所示。被动齿轮啮合的直齿圆柱齿轮由电机驱动，在连接单元。防水盒用来放置电源和控制器。被动轮是用来支撑盒减少箱与地面之间的摩擦。
（a）俯仰机构（b）阿米巴II俯仰自由度
图5.阿米巴II音调单元
3)连接单位：连接单元用于驱动两个移动单元为一个合适的配置运动形式。直齿圆柱齿轮是由直流电机驱动连接单元通过涡轮蜗杆传动。转向齿轮空侧切断，节省空间。此外，齿轮的孔是用来降低整个机器人质量。
如图6所示，在配置转型过程中，在连接单元的直流电机开始旋转并带动驱动齿轮旋转。因为直齿圆柱齿轮和被动齿轮之间的啮合，移动台开始围绕被动齿轮轴旋转。阿米巴II结构由平行结构到线性结构之间改变。
图6.阿米巴II单元连接
Ⅲ.阿米巴Ⅱ的动态形体变化
在形体变化这个过程中，对机器人的履带保持与地面接触，他们之间也有滑移。接触和滑移会产生动态摩擦会抵抗的过程形态转换。该连接单元需要电机产生足够的转矩平衡力矩抵抗动态摩擦。在这一过程中，因为动态摩擦，电机也消耗更多的能量。
在正常的形状变化过程中，电机移动台不旋转，轨道只是侧滑被动。该连接单元电机是唯一一个驱动，需要该电机的负荷大。此外，它消耗更多的功率，产生更多的热量可能会损坏电机的连接单元。
