北京理工大学机电学院
一、 单位简介
北京理工大学机电学院国家级重点实验室位于北京理工大学9号实验楼，在国防科工局，国防科研基础条件的保障下，近两年投资 6000 多万元，拥有先进的实验设备和国内先进的技术，有力保障了项目开展所需的实验空间、分析计算平台和半实物仿真资源。实验室承担多项重大国防科研项目和自然科学基金项目，与多所研究院所，工厂实验平台有良好的的合作关系。
在研究的硬件平台方面：实验室具有高转速三轴转台及半实物仿真系统、卫星定位模拟与接收机开发系统、舵机负载测试装置、传感器校准设备、动态分析仪、逻辑分析仪等仪器设备，可以为运动模拟，参数测量等科研工作提供便利的实验验证条件。实验室还具有气动式冲击试验机、高速转离心试验机、振动试验机、双环境卧式试验机、温度冲击试验机以及空气炮等设备，具有很好的环境试验条件。
在研究的软件平台方面：实验室具有的较为先进的计算机设计与仿真手段，有 Inventor、Working Model、ANSYS、ADAMS、MATLAB、DYTRAN、FLUENT 等结构设计、动力学分析与仿真、电路分析与设计软件，分析计算与仿真创造了良好的条件。
实验室人员方面：，共有1 名副教授，1 名主管技师，6 名博士研究生（其中 1 名留学博士生）和 5 名硕士研究生。实验室成员在流体力学、编程计算、群智能设计、微流控芯片实验技术方面具有较好的积累。
二、 产品简介
蛇形仿生机器人是一种多关节、高冗余、无肢结构的仿蛇机器人。具有运动稳定、运动形式多变、身体构造简单、环境适应力和隐蔽性强等优点，能够适应多种复杂地形环境。在战场突袭、救灾搜救、险境探测等领域具有广泛的应用。蛇形放生机器人的典型配置为 9 个关节，各个关节按照主控制器计算的姿态信息运动，从而实现不同的姿态和运动。关于蛇形机器人的主要研究工作包括：
北京理工大学蛇形仿生机器人样机
（1）蛇形机器人的关节部分：采用十字万向节的结构实现三维运动。
蛇形仿生子弹齿轮系模块
（2）蛇形机器人套筒部分：采用3D打印技术，使用光敏树脂材料制作主体结构。使用铜片制作从动轮机构。
（3）蛇形机器人电器系统结构：采用模块化设计。
电气系统组成框图
（4）蛇形机器人蜿蜒运动控制：根据日本Hirose教授提出的蛇形曲线，指导各关节运动控制，实现蛇形机器人蜿蜒运动。
RecurDyn/Plot后处理蛇形机器人的运动数据
主要技术指标：
蛇形仿生子弹药截面直径：≤Ф70 毫米
蛇形仿生子弹药长度：≥1米
关节数量：6
关节转动范围：-40°- +40°
关节转角方向：水平或垂直
母弹开舱点高度：≥500m
最大机动距离：≥100m
行走速度：≥0.1m/s
关节响应速度：60°/s
模块化长度/mm： 211.367mm
模块化关节直径/mm： 65 103.871 mm
关节输出转矩/ N•m： 4.429
蛇形仿生子弹药工作时间：≥5分钟
具备适应±20mm复杂地形的通过能力
三、 核心技术
1. 蛇形仿生机器人总体结构设计与系统集成技术
将机器蛇电气系统进行模块化设计，合理分布于各个关节之中。对转动关节结构进行设计，保证关节相互通信的同时，使关节之间满足三维运动需求。对传动关节处的模块进行密封设计，使其能够在泥泞或者水下环境中运动。
2. 蛇形仿生机器人行走控制技术
基于蛇形曲线公式，使用MATLAB、Autodesk Inventor和 RecurDyn对运动参数进行仿真优化。针对蛇形仿生机器人转弯控制问题，提出了切线控制法和组合控制法，解决了蛇形仿生机器人转弯过程中和转弯后充分保持蛇形曲线、转弯角度受幅值限制、不连续等问题，使得转弯更准确、转弯时间更短、效果更明显。
3. 蛇形仿生机器人路径规划技术
基于改进的人工势场法，提出蛇形放生机器人2维平面避障算法；结合IB-LBM（Immersed Boundary Method- Lattice Boltzmann Method）方法，提出了蛇形放生机器人水下避障控制的算法。
4. 微动力电机伺服控制技术
关节伺服控制系统基于改进有刷直流电机，相应修改了关节结构，重新设计了控制电路和电路板，采用专用驱动芯片的解决方案来提高电机负载能力，并优化关节结构设计；采用RS422全双工通讯总线，并且采用位置闭环控制，将实时反馈的关节位置信号发回控制芯片。
四、 应用领域
应用领域主要有救灾搜救、险境探测、资源勘探、设备维护等方面。在军事上，由于其高隐蔽性和灵活的机动性，可以实现超机动侦察和潜伏、超机动打击和封锁以及信息干扰、欺骗和误导等作战任务。
五、 应用案例
在地震救灾以及矿难搜救等过程中，由于灾区内部环境复杂而且空间狭小，救援人员往往难以第一时间掌握内部环境信息，耽误救援工作的进行，可能造成巨大生命和财产损失。使用蛇形仿生机器人可以凭借灵活的机动性深入内部进行探查与搜索，帮助救援人员尽快掌握内部障碍分布、潜在威胁和被困人员位置状态等信息，协助制定一套较优的救援方案和路线。
六、 联系方式
地址：北京市中关村南大街5号北京理工大学9号实验楼213室
邮编：100081
联系人：李东方
电话：15652453728
