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上海电力学院本科毕业设计（论文）题目：仿生机器蛇的设计与仿真院系：电力与自动化工程学院专业年级：测控技术与仪器学生姓名：学号：指导教师：【摘要】在仿生机械学中，模仿生物蛇而衍生的机器蛇将逐渐具备灵活的变形特征。
具有多于确定机器人空间位置和姿态所需的自由度，使得它可摹仿生物蛇的运动状态，在许多的领域具有广泛的应用前景。
本文提出了一种类似正弦波形的7关节三动杆蛇形机器人结构，并对该机器人的步态进行了分析，对其前进的方式进行了数学建模设计，最后使用软件ADAMS2007进行运动的计算机建模和模拟仿真，通过仿真，验证了模型的步态过程与端点的轨迹曲线。
为该蛇形机器人在具体设计制造前提供了理论和仿真。
关键词：蛇形机器人；运动模拟；ADAMS建模仿真【Abstract】In simulation mechanics, snake-machine which derives from simulating biological snakes becomes more and more flexible. Snake-machine is a highly redundant robot which has more freedoms which is needed in space location and gestures than definite robot, thus it can simulate the movement of snake and has a better prospect: for example it can execute investigation missions、mine sweeping and searching. The variation of movement makes it has a better ability of adaption, every joint derived separately, it has a strong load capacity and easy maintenance. This article provides a structure of sinusoidal seven joints snake-machine, and gives a conclusion by using the software ADAMS2007 to execute the modeling of motion and simulation. This snake-machine gives theory and simulation before specific design and manufacturing.Key Words:Snake-like robot；Motion simulation；ADAMS Modeling and Simulation目录1 绪论.......................................................... - 1 -1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2仿生机器蛇的研究现状及发展 (1)1.2.1 国外研究现状......................................... - 1 -1.2.2 国内研究现状......................................... - 5 -1.3蛇的运动方式. (6)1.4本文的研究内容 (7)2 仿生机器蛇的运动分析及步态研究................................ - 9 -2.1引言 (9)2.2仿生机器蛇运动模型 (9)2.2.1 仿生机器蛇的侧向运动模型.............................. - 9 -2.2.2 仿生机器蛇的蠕动运动模型............................. - 10 -2.3仿生机器蛇的步态研究. (11)2.3.1 仿生机器蛇的模型结构设计............................. - 11 -2.3.2 仿生机器蛇的步态研究................................. - 11 -2.3.2 仿生机器蛇的步态与位移分析........................... - 12 -2.3.3 仿生机器蛇各连杆间的相对角位移....................... - 14 -2.3.4 仿生机器蛇设计....................................... - 14 -2.4本章小结. (16)3 仿生机器蛇的ADAMS仿真....................................... - 17 -3.1ADAMS软件介绍 (17)3.2仿生机器蛇的ADAMS仿真流程 (18)3.3仿生机器蛇的ADAMS仿真模型参数 (19)3.4仿生机器蛇的ADAMS仿真结果分析与验证 (21)3.5本章小结 (27)4 总结......................................................... - 28 -4.1结论 (28)4.2展望 (28)致谢........................................................... - 29 -参考文献....................................................... - 30 -附录........................................................... - 31 -附录1：ADAMS中的STEP和IF函数及方形波函数 (31)附录2：ADAMS中的约束关系 (33)附录3：万向节 (34)1 绪论1.1 课题研究的背景及意义蛇的生存环境是非常多样化的：森林、沙漠、山地、石堆、草丛、沼泽甚至湖泊。
蛇形机器人驱动原理
蛇形机器人驱动原理可以分为以下几种方法：
1. 基于绳索驱动：蛇形机器人通过多个绳索和驱动轮组成的机构来实现驱动。
每个绳索连接到机器人的不同部位，并通过电动机或者气动机构驱动来控制绳索的收放，从而使机器人进行蠕动运动。
2. 基于电动马达驱动：蛇形机器人的每个关节都安装有电动马达，通过控制电动马达的旋转来驱动机器人的运动。
不同关节之间的运动通过分别控制各个电动马达的转速和方向来实现。
3. 基于形变材料驱动：蛇形机器人的身体由形变材料（如人工肌肉）构成，形变材料会在外界刺激下发生形变，从而驱动机器人运动。
可以通过电流、温度或化学反应等方式，控制形变材料的形状变化，进而实现机器人的蛇行运动。
4. 基于液压驱动：蛇形机器人使用液压系统来驱动机器人的运动。
液压驱动系统通过液体的流动来驱动机械部件的运动，液压系统中的液压泵提供液体的动力，并通过液压缸或液压马达将液体的动力转化为机械运动。
以上是一些常见的蛇形机器人驱动原理，不同的蛇形机器人可能采用不同的驱动方式。
此外，还可以使用其他驱动原理，如气动驱动、电磁驱动等，来实现蛇形机器人的运动。
机器蛇说明书作者：徐亮，邹庆东，吴珂科，徐欢欢机器蛇，是一种新型的仿生机器人，具有低重心、多关节、多自由度、多冗余度等特点。
它与传统的轮式或两足步行机器人不同的是，它实现了像蛇一样的“无肢运动”。
我们设计的机器蛇具有前进、后退、拐弯、抬头、侧向翻滚等多种运动方式，并具有较强的环境适应能力。
◆机器蛇的主要特点1、适应各种路面这种“无肢运动”最大的优点在于它能够在各种不同的路况下前进。
轮式和两足步行机器人一般都只能在地面上行走，而且对路况的要求比较高。
机器蛇的超多自由度使其身体具有柔软的特性，能够适应各种不同的工作地面，有较强的环境适应能力。
2、抗干扰能力强机器蛇还具有很强的抗干扰能力。
首先，在运动过程中，机器蛇细长而柔软的身体始终接触地面而保持最低的身体重心，使其具有高度的稳定性。
其次，由于我们的机器蛇四个侧面都是对称的，即使在运动时受到外界一些不确定因素的干扰，比如从斜坡上翻滚下来，或者外界推力使其翻身，机器蛇都可以自动判断当前应该将哪个侧面作为底面，并执行相应的运动程序，保持了机器蛇的运动能在复杂工况下连续进行。
3、模块化设计机器蛇的各个关节在结构上是相同的，便于设计和维护，即机器蛇的执行单元具有机构上的可重构性。
机器蛇系统的硬件和软件系统均易于采用模块化设计，这些相同的模块在设计、制造、装配过程上是统一的，大大缩小了设计周期，降低制造成本，同时便于机器人的维护和零件的替换。
4、可在狭小空间工作机器蛇身体比较小，更适合于在一些管道等窄小的地方行走，这也是普通机器人难以达到的。
◆机器蛇的机械结构机器蛇在机械结构上采用了一种串联杆系结构，通过关节的相对转动角度达到相应的运动姿态以实现规定的运动。
同时各个关节在结构上采用了模块化设计，以便于结构设计和维护。
机器蛇的每个关节均装有伺服舵机，各个关节模块以转轴为轴心，在电动机的驱动下，在平面内作ο90-到ο90+的旋转。
相邻关节正交连接，一个关节在偏转方向旋转，另一个关节在俯仰方向上旋转，结合起来就可以实现三维空间内的运动。
对机器蛇实验的一些感触与收获在对于机器人这个词还处于茫然阶段的时候，我选择了机器人实验（二）这门课程，王伟老师将我从零基础的状态带入了机器人这个领域，开始了对机器蛇的学习与探究。
对于蛇形机器人，开始也是被很多人都感兴趣的仿生学所吸引，想看看到底用硬邦邦的东西是怎么实现蛇的运动。
本以为枯燥的学科在老师风趣幽默的语言和丰富生动的肢体动作下显得有意思多了！一、下面是我在这段时间学习中关于机器蛇的一些简单的认识：（一）、对于蛇形机器人的系统我们有了初步的认识开始几周的课，我们讲述的是理论课，我们通过对生物蛇的想象和观察发现，生物蛇的运动多种多样，蜿蜒运动、直线式蠕动、螺旋式滑动、蠕动、横波运动等等，但是无论是哪一种运动都可以看做是一列行波的传递。
（二）、蛇形机器人宏观运动的实现---模块化设构建我们将蛇身分成若干个关节，solidsnake利用垂直和水平方向的正交的关节来拟合蛇类生物的柔软身体，每两个正交的关节组成一个单元体。
每个关节实现相同的运动，只是时间上有所差异，也就是相位不同。
这样我们的工作就简单多了，只需编译出想要的运动的一个程序就可以了，其他关节只要改动一个时间参数就可以了。
那么这个程序的编写就是后面提到的软件部分的重要任务了，也是我们这次实验的重点内容。
蛇的每个关节不同方向的运动是通过舵机控制来实现的，从机采用了ATmega8处理器，每个从机模块控制两个正交方向的舵机工作。
舵机是一种可以根据给定信号转动一定角度的伺服电机，信号不同，其转角也不同，转角需控制在最大范围内。
（三）、关于机器蛇的软件部分这是我们这次实验的重点内容，老师给我们布置了六个实验，来帮助我们学习机器蛇单关节运动的实现，其中包括：控制芯片ATMega8的I/O输出、内部定时器、IO与定时器、单舵机控制、蛇体关节双舵机控制、单元关节通讯。
主要学习了几个软件的应用：ICCAVR、PonyProg2000、Protel99SE。
蛇形机器人的原理蛇形机器人的原理是通过模仿和模拟蛇的运动方式来实现机器人的移动。
蛇能够在不同的环境下灵活地爬行，并且能够通过扭动身体的方式来改变方向和前进。
蛇形机器人就是通过类似的方式来实现机械结构和运动控制。
蛇形机器人通常由多个关节和环节组成，这些关节和环节通过某种机械连接方式相互连接。
每个关节都有能够自由运动的自由度，可以通过这些自由度的组合来实现蛇形机器人的运动。
在机械设计上，通常使用连杆、铰链、舵机等来实现关节的运动。
蛇形机器人的运动方式主要是通过扭曲和扭转自身的身体来实现。
具体来说，当蛇形机器人需要向前运动时，它会将身体前面的一部分向前扭动，同时将身体后面的一部分向后扭动。
这样一来，机器人整体的前进方向就会与身体的扭动方向相反，从而向前移动。
蛇形机器人的身体通常由一系列类似链环的环节组成。
这些环节具有一定的柔软性和可变形性，可以通过变形来实现机器人的运动。
每个环节通常由一个关节和一个连接环组成。
关节用于控制环节的运动，连接环用于实现环节之间的连接和运动传递。
在控制方面，蛇形机器人通常使用传感器和控制算法来实现运动的识别和控制。
传感器主要用于感知机器人周围的环境，例如通过摄像头来感知周围障碍物的位置和距离。
控制算法则负责根据传感器的数据来计算机器人的运动轨迹和关节的运动方式。
在运动控制方面，蛇形机器人的目标是通过对每个关节的运动控制来实现机器人整体的运动。
通常，每个关节都由一个电机或舵机驱动，通过改变电机或舵机的转动角度来实现关节的运动。
控制算法根据机器人的运动目标和当前环境的信息，计算每个关节应该运动的角度和方向，然后发送控制信号给相应的电机或舵机。
总结起来，蛇形机器人的原理是通过模仿和模拟蛇的运动方式来实现机器人的移动。
它由多个关节和环节组成，通过某种机械连接方式相互连接，并且通过扭曲和扭转身体来实现运动。
蛇形机器人通过传感器和控制算法来感知环境和控制运动，以实现机器人整体的运动和导航。
机器蛇的仿生原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊超酷的机器蛇的仿生原理，这可真的是太有意思啦！
你想啊，蛇那家伙，在草丛里“嗖嗖”地就滑过去了，那动作多灵活！机器蛇就是模仿蛇的这些特点来的呢。
就好像我们人学习游泳，得模仿鱼儿的动作一样，神奇吧！比如说机器蛇的身体结构，那可不是随便设计的哟。
它就像蛇一样，可以弯曲、扭转，多灵活呀！
再看看它的行动方式，哇哦，那简直和真蛇有的一拼！真蛇是怎么前进的呀？不就是靠身体的弯曲和伸展嘛。
机器蛇也一样呢，通过巧妙的机械设计，让自己能够像蛇一样蜿蜒前行。
你能想象到那种感觉吗？就好像一条金属的蛇在你的面前悄悄地“爬”过。
还有啊，机器蛇的感知能力也超厉害！就像蛇能够敏锐地感知周围的环境一样，机器蛇也配备了各种厉害的传感器。
这就好比我们人有眼睛、耳朵去感受世界，机器蛇也有它自己的“眼睛”和“耳朵”呢！它能察觉到前方有没有障碍物，聪明吧？
“哎呀，那这机器蛇用处肯定很大吧？”你肯定会这么问。
当然啦！它可以去那些我们人很难到达的地方进行探索呀，比如狭窄的管道、复杂的废墟。
这不是超级酷嘛！
我觉得机器蛇真的是科技的一大奇迹呀！它让我们看到了人类的智慧是多么强大，可以模仿自然界的生物造出这么神奇的东西。
它的未来肯定不可限量，会给我们的生活带来更多的惊喜和便利呢！。
