27、挖掘机器人与无人机路径规划技术解析

挖掘机器人与无人机路径规划技术解析

挖掘机器人的设计与性能评估

挖掘机器人的设计采用了仿生学方法，借鉴了穴居动物的挖掘机制。其设计元素参考了鼹鼠的解剖结构和挖掘系统，即肱骨旋转挖掘。

1. 设计概念
   • 仿生结构设计 ：代表肱骨功能的连杆设计为可旋转，使用长连杆作为肩胛骨，并连接电机模拟肌肉拉力，每个肩胛骨使用三个电机。为减少手部运动的自由度，将肱骨和前肢合并为一个整体连杆，前肢末端设计为类似鼹鼠爪子的铲子形状，便于穿透和拖动土壤。
   • 集成挖掘方法 ：仅依靠前肢挖掘在面对坚硬土壤时可能失败，因此引入旋转钻头来增强破土能力，模拟其他穴居动物用牙齿破碎土壤的方式。
   • 运动协作机制 ：机器人采用头部和前肢依赖的运动协作。前肢和头部的运动通过连杆系统实现同步，同时使用弹簧确保钻头和前肢不会碰撞。线性致动器用于实现整个挖掘系统的前后移动。

2. 挖掘流程

   • 初始阶段 ：推动旋转钻头向前，线性致动器伸展，使钻头穿透挖掘区域表面，松动土壤颗粒间的连接。
   • 前肢挖掘 ：线性致动器收缩，前肢向前移动，头部回缩。整个系统再次向前移动，前肢尖端进入钻头先前挖掘的孔中。前肢以一定角度打开，铲子部分穿透土壤，拖动系统向后并带走部分土壤。