十字轴万向节式蛇形机器人机构设计

2023-11-07CATALOGUE目录•引言•轻型蛇形机器人系统设计•分段运动规划策略•实验与分析•结论与展望•参考文献01引言背景随着科技的发展，机器人技术在军事、救援、工业等领域的应用越来越广泛，而蛇形机器人作为机器人技术的前沿领域，具有很大的研究价值和发展潜力。

意义轻型蛇形机器人作为一种灵活、适应性强、可实现复杂运动的机器人，在复杂环境下的应用具有不可替代的作用，对于推动机器人技术的发展具有重要的意义。

研究背景与意义现状目前，国内外对于蛇形机器人的研究已经取得了一定的成果，一些蛇形机器人已经实现了自主运动和复杂环境的适应，但还存在一些问题，如机器人的运动速度和稳定性不足，运动规划和控制方法不够完善等。

发展未来的蛇形机器人将向着更轻便、更灵活、更智能的方向发展，同时，随着人工智能和机器学习技术的发展，蛇形机器人的智能化程度也将得到进一步提高。

研究现状与发展•目的：本课题旨在设计一种轻型蛇形机器人系统，实现机器人在复杂环境下的灵活运动和适应，同时研究分段运动规划策略，提高机器人的运动速度和稳定性，为进一步推动蛇形机器人的应用和发展提供技术支持。

研究目的与任务研究目的与任务任务1. 设计轻型蛇形机器人系统，包括机械结构、控制系统、感知系统等部分；2. 研究分段运动规划策略，根据环境变化和任务需求，实现机器人的自适应运动规划；研究目的与任务3. 实现机器人的自主运动和环境适应，包括地形跟随、障碍物避让等功能；4. 通过实验验证机器人的性能和分段运动规划策略的有效性。

02轻型蛇形机器人系统设计机器人系统概述机器人系统组成轻型蛇形机器人系统由机械结构、控制系统、传感器系统和分段运动规划策略等组成。

机器人工作原理通过控制系统驱动机械结构实现弯曲和伸展，传感器系统实时监测机器人姿态和位置，分段运动规划策略控制机器人实现复杂环境下的运动。

采用高弹性、轻质、耐腐蚀的柔性材料制作蛇形机器人的身体，实现灵活的弯曲和伸展。

第20 卷 第1期 苏州市职业大学学报 V ol.20,No.1 2009年3月 Journal of Suzhou V ocational University Mar. , 2009一种新型的攀爬蛇形机器人孙 洪（苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州 215104）摘 要：针对蛇形机器人最常采用的三种关节连接方式:平行连接、正交连接和万向节连接,通过典型实例进行了工作空间的分析和比较,提出了一种具有万向节功能的P -R(pitch -roll)模块.该模块结构简单、便于控制,所组成的蛇形机器人理论上可以实现各种三维攀爬动作.最后通过研制的新型攀爬蛇形机器人样机,验证了P -R模块的可实现和灵活性．关键词：蛇形机器人；平行连接；正交连接；万向节连接；P -R模块；工作空间中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1008-5475(2009)01-0027-05A New Style Climbing Snakelike RobotSUN Hong(Department of Electronic Information Engineering, Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China)Abstract: Three most dominant joints' links, namely parallel link, orthogonal link and universal jointlink, of snakelike robot were presented by typical models. Based on examples, their operating spaceswere analyzed and compared. Then a new functional module for joints' combination, named Pitch -Roll, was presented. This module has the function of universal joint, but is simpler to implementand easier to control. A snakelike robot based on this link module can theoretically perform all typesof maneuvers in 3D spaces. Finally, the prototype of a new type snakelike robot based on the P -Rmodule was produced, which further verified the agility of P -R module.Key words: snakelike robot; parallel link; orthogonal link; universal joint link; P -R module;operating space收稿日期：2008-11-26；修回日期：2009-01-16作者简介：孙 洪(1972-),女,山东济南人,讲师,博士,主要从事工业机器人和仿生机器人研究.蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支,从1972年日本东京大学的Hirose 教授研制出第一台样机至今,相继有数十台蛇形机器人样机问世.这些样机能实现在平面上蜿蜒爬行、侧滑、翻滚等二维运动,在爬行中抬头或爬台阶、翻越较低障碍等三维运动,而对于更为复杂的如爬树等三维运动则甚为少见.本文将通过典型实例对几种样机的连接方式进行分析比较,提出一种新的连接方式,并基于该连接方式研制蛇形机器人样机,以期能够开发出结构简单、便于控制、具有多种运动模式的、能爬树的攀爬型蛇形机器人,它可实现空中侦察、管外壁检测、电杆高空线路维修等功能,其应用前景十分广阔.1 常见蛇形机器人关节连接方式蛇形机器人是一种无固定基座、多关节、多自由度的链式柔性机器人,它由多个相同或相似的单元模块连接组成,其运动模式和工作空间决定于各单元模块间的连接方式.综合考察各种样机,蛇形机器!!!!!!!!!!!!!!!DŽc* !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!DŽd*ZYXZYXZYXZYXP RHEF I4 结 论本文采用P-R 模块所研制成功的一种新型的具有攀爬功能的蛇形机器人,能实现灵活的三维运动.当前大部分采用平行连接或正交连接的蛇形机器人甚至一端固定的柔性机器人或机械臂,均可通过简单的改造,变成P-R 模块连接方式,从而大大提升其灵活性和工作空间.参考文献：[1] ENDO G, TOGAWA K, HIROSE S. Study on self -contained and terrain adaptive active cord mechanism[J]. IEEEInternational Conference on Intelligent Robots and Systems, 1999, 3: 1399-1405.[2] 周旭升,潘献飞,谭红力,等. 一种蛇形机器人的研制[J].机器人,2002,24(7):684-687.[3] 黄 恒,颜国正,丁国清,等. 一类蛇形机器人系统的运动学分析[J].高技术通讯,2002,6(3):90-94.[4] MAKOTO M, SHIGEO H. Three -dimensional serpentine motion and lateral rolling by active cord mechanism ACM -R3 [J].Proceedings of the 2002 IEEE/RSJ Intl, 2002, 1: 829-834.[5] BERNHARD K, KARL L P. GMD -Snake2: a snake -like robot driven by wheels and a method for motion control [J].Proc. of the Internet Content Rating Association, 1999: 3014-3019.[6] AOKI T, OHNO H, HIROSE S. Study on pneumatic mobile robot: design of SSR -II using bridle bellows mechanism [J].Proceedings of the 41st SICE Annual Conference , 2002, 3(5/7): 1492-1496.[7] NILSSON M. Why snake robots need torsion -free joints and how to design them [J]. Proceedings of the 1998 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation, 1998, 1: 412-417.(责任编辑：尚 丽))b* !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)c* !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)d*偠㒧2009年第1期 孙 洪：一种新型的攀爬蛇形机器人。

一种新型蛇形机器人的机构研究与设计摘要：蛇形机器人是一种新型的机器人，它的机构结构具有良好的灵活性和适应性，可以用于各种环境下的探测、搜救、拍摄等任务。

本文通过分析蛇形机器人的机构结构、运动原理以及控制方法，对其进行详细研究和设计，并进行了仿真验证和实验验证。

结果表明，所设计的蛇形机器人机构具有较高的运动精度和稳定性，可以在各种复杂环境下有效地完成任务。

关键词：蛇形机器人、机构结构、运动原理、控制方法、仿真验证、实验验证1.引言蛇形机器人是一种仿生机器人，它的外形和运动特点都来源于蛇类动物。

蛇形机器人的机构结构类似于蛇体，可以实现蛇般的爬行、盘踞、攀爬等运动，具有很强的适应性和灵活性，可以用于各种环境下的探测、搜救、拍摄等任务。

蛇形机器人的机构设计是实现其运动特点的基础，因此本文分别从机构结构、运动原理、控制方法等方面进行研究和设计。

2.蛇形机器人的机构结构蛇形机器人的机构结构是其实现运动的基础，一般由三部分组成：蛇头、蛇身和蛇尾。

其中蛇头负责控制运动方向，蛇身由多个连续的节段组成，每个节段可以自由弯曲，蛇尾负责平衡和保持身体稳定。

蛇形机器人的机构结构主要涉及两个方面，一个是机构设计，另一个是材料选择。

机构设计包括蛇体的长度、直径、关节间距、关节的自由度、驱动方式等；材料选择主要包括各种材料的力学性能、刚度、强度、重量等特性。

在机构设计中，要注意蛇体的灵活性和韧性，以保证其在复杂环境中的适应性和稳定性；在材料选择中，则要根据实际应用的需要进行选择，比如在高温、腐蚀等极端环境中要选择具有耐高温、耐腐蚀性能的材料。

3.蛇形机器人的运动原理蛇形机器人运动的机理来源于蛇类动物的生物学特性，主要包括以下几个方面。

（1）鳞片滑跳：蛇类动物的身体表面被覆盖着很多光滑的鳞片，在运动时可以充当滑行的媒介。

这种滑行方式可以使蛇形机器人在各种环境下灵活运动，如在水中游动、在陡峭的斜面上攀爬等。

（2）节段结构：蛇类动物的身体由多个节段构成，每个节段可以自由弯曲，因此蛇形机器人可以实现蛇般的摆动和弯曲。

第24卷第5期苏　州　大　学　学　报(工　科　版)Vol.24No.5 2004年10月JOURNALOFSOOCHOWUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Oct.2004文章编号:1000-1999(2004)05-0088-03蛇型机器人控制系统设计与单片机控制Ξ胡继康,芮延年,张茂青(苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021)摘　要:介绍了一种蛇型机器人的结构原理与无线遥控的实现方法,该机器人运动控制算法简单实用,对控制器要求不高,成本也较低。

其运动控制达到设计要求,能够良好地模拟蛇的直线运动,并能以设定的速度完成预先编排的抬头、摆尾等动作,为进一步模拟蛇的复杂动作与实际应用打下了良好的基础。

关键词:蛇型机器人;无线遥控;单片机控制中图分类号:TP242 文献标识码:A0　引言蛇型机器人是近年来兴起的仿生机器人的一个新的分支。

它区别于传统的利用轮、腿或履带移动的机器人,它模仿蛇的动作,通过“身体”的扭动和伸缩实现所谓的“无肢运动”。

这种运动方式的机器人具备稳定性好,横截面小,高柔性等特点。

这些特点使得蛇型机器人适合在一些特殊环境下代替人进行作业,不仅使人更安全,也使探测、救援或维护更有效。

随着人们对蛇型机器人的认识,各个国家都开始重视蛇形机器人的研制和开发,近年来,国内也开展了对蛇型机器人的研究工作。

蛇的爬行一般可分为4种方式:1)蜿蜒运动。

蛇体摆动近似于正弦波的规律,借助侧面接触凸凹不平的地面和障碍物所产生的反作用力前进。

2)直线运动。

蛇体靠腹部和地面的摩擦力移动。

当腹部与地面固定时提供牵引力,连接肋骨和弹性皮肤的肌肉提供推动力,皮肤相对骨骼移动,反复实现运动。

在捕食和无障碍的时候运用,所经过的位移最短。

3)侧向运动。

它是借助腹部和地面的摩擦力移动。

蛇体从头部开始,身体部分顺次接地、抬起,借助腹部与地面之间的摩擦力完成侧向运动,适用于沙地或地面较平整的情况。

蛇形机器人整体设计与实现王鹏举;刘燕;栾佳玉;王佳磊;王江南【摘要】文章主要描述蛇形机器人的设计,包括蛇形机器人的当前发展情况,蛇形机器人整体的设计与实现.实现设计时选用一种集电机、伺服驱动、总线式通讯接口为一体的SR518舵机,采用ARM嵌入式单片机stm32作为控制器,使用多种传感器增加蛇形机器人功能.【期刊名称】《智能计算机与应用》【年(卷),期】2017(007)001【总页数】5页(P121-124,127)【关键词】蛇形机器人;机械设计;舵机;stm32单片机【作者】王鹏举;刘燕;栾佳玉;王佳磊;王江南【作者单位】大连民族大学信息与通信工程学院,辽宁大连116600;大连民族大学信息与通信工程学院,辽宁大连116600;大连民族大学信息与通信工程学院,辽宁大连116600;大连民族大学信息与通信工程学院,辽宁大连116600;大连民族大学信息与通信工程学院,辽宁大连116600【正文语种】中文【中图分类】TP242随着科技的不断发展，近年来一定品类的仿生机器人正陆续推出，并进入控制使用。

而蛇形机器人则因其表现出的和蛇相似的特点，诸如具备多步态运动能力，以及对复杂多变环境的良好的适应性，已然成为机器人领域的一个标志性的方向研究热点。

人类对于生物蛇的研究，最早起源于1946年，人们以自然界的生物蛇运动方式为基础，将机器蛇的运动步态分为4种，分别为：蜿蜒运动、直线运动、鼓风琴运动和侧移运动。

在此基础上，蛇形机器人无足、无轮的特点，同时兼具机器蛇身体细长、横截面小的设计效果，因而能够深入一般轮式或步行机器人难以到达的地方，而且还可应用于人类不宜工作的某些领域。

特别是在危险和关键的灾难救援现场，蛇形机器人即可借助强大的环境适应性而有效发挥帮助搜救被困者的正面积极作用。

因此对机器蛇展开深入探讨研究则将具有必要且重要的现实意义及价值。

1.1 蛇形机器人的总体结构设计在蛇形机器人的设计上，需要首先搜取其所采用的舵机和控制系统，再将SolidWorks三维仿真软件选取设定为建模平台，测量舵机尺寸，绘制得到舵机及其零部件，而后则进行组合仿真，通过建立多种模型并提供实效比较，确定最后结构。

1 引言机器人的诞生和发展与科学技术革命有着密切的关系，符合科技革命关于生产实践需要的理论。

机器人作为一种高技术，也是不断发展和完善的，这种不断的发展和完善是通过科技革命的内在推动力来实现的。

同时，机器人的发展和广泛应用，使科学技术成为显见的生产力，极大地推动着科学技术的发展，推动着人民生活的改善，推动着生产力的提高，推动着整个社会的进步。

机器人技术作为当今科学技术发展的前沿学科，将成为未来社会生产和生活中不可缺少的角色。

机器人，英语为ROBOT，意思是一种干脏活的人形机器。

它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造一种像人一样的智能机器，以便能够代替人去进行各种各样的工作。

机器人虽然是一个新造词，但关于机器人这一思想的渊源，却可以追溯到遥远的古代。

早在我国西周时期，就有能工巧匠侣师制作了一个歌舞“机器人”献给周穆王；公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为可里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯；我国东汉时期，张衡发明了用于军事的指南车，可以说它是最早的移动机器人雏形[1]。

随着科技的发展，18世纪出现了以蒸汽机发明为标志的第一次技术革命，这引起了古代机器人技术的进步。

1893年More制造了“蒸汽人”，它的腰由杆件支撑，靠蒸汽驱动双腿沿圆周运动。

以上这些自动玩具或自动作业机的出现均是以当时的科学和技术为基础。

用现代的眼光来看，它们的功能是单一的，实现方法是落后的，但它们却代表了当时的最高科技水平[1]。

20世纪，人类取得了辉煌的成就，从量子力学、相对论的创立，原子能的应用，脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现，到信息技术的腾飞，人类基因工作草图的绘就，世界科学发生了深刻的变革。

信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、海洋技术、航空航天技术等都取得了重大突破。

此时，科学技术化，技术科学化，科学技术密不可分，出现了人类历史上第一次科学与技术的综合性革命――现代科技革命圆。

现代机器人是电子工程学、机械学、控制论与控制工程学、计算机科学与工程、人类学、社会学、人工智能、生物学等多学科的集成，所以它是多学科科技革命的必然结果。

第１６卷第３期２００８年９月厦门理工学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉａｍｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶ０１．１６Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２００８一种蛇形机器人闭环控制系统设计徐敏１，邹莹２（１．厦门理工学院电子与电气工程系，福建厦门３６１０２４；２．北京航空航天大学机器人研究所，北京１００１９１）［摘要］针对ＳｏｌｉｄＳｎａｋｅ２蛇形机器人开环控制结构、运动和控制精度不能得到有效保证等问题，提出一种对底层数据采样的闭环控制结构，分别从蛇形机器人的机械结构、电路硬件结构、舵机控制与反馈信号的采集、单点对多点的广播式多机通信等方面进行分析与设计．经过硬件平台的搭建和软件程序的实现。

验证了这种闭环控制结构的可行性，实现了ＳＳ－２的闭环控制及局部自主控制，提高了运动和控制精度，这对多机协调的控制应用具有一定指导意义．［关键词】闭环控制；通信协议；单片机；蛇形机器人［中图分类号］ＴＰ＇２４２［文献标志码】Ａ［文章编号］１００８—３８０４（２００８）０３—００３０—０５０引言基于仿生学理论的先进机器人技术在非结构环境以及极限环境下的应用已成为智能机器人技术研究和发展的重点之一．国内外专家对自然界蛇的结构和运动进行了长时间的观察和研究，发现蛇类的冗余度结构有着独特的灵活性．基于这种结构的蛇类的各种无肢运动形式表现出了相当的地形适应性，具有反馈、感知和自主能力的蛇形机器人，为代替人类很多危险而且复杂的工作提供了新的思路和方法，因为同样环境下的车型机器人则可能被卡死或者绊倒；另外，具有传感装置紧贴地面的运动令蛇形机器人具有优于其他类型战场机器人的隐身性能，使得蛇形机器人的战场生存能力大为提高，如果配上多种传感器，蛇形机器人将可以很出色地执行隐蔽的战场侦察任务…．由于蛇形机器人有其独特的的优势和作用，世界各国都抓紧开展蛇形机器人方面的研究，并取得了很多突出的成果．国内如国防科技大学、北京航空航天大学、中科院沈阳自动化研究所等也开展了蛇形机器人的研究，在控制方式上有采用集中式控制和分布式控制的，但在运动控制和局部自主方面仍有待提高旧１．基于这种情况，闭环控制的研究对于实现蛇形机器人运动控制和局部自主就显得格外重要．如图１所示，由北京航空航天大学机器人研究所开发的图１Ｓｏｌｉｄｓｎａｋｅ仿生机器蛇ＳｏｌｉｄＳｎａｋｅ系列蛇形机器人，其第二代ＳＳ－２蛇形机器人具有三维的Ｆ．ｇ．１ＳｏｌｉｄＳｎａｋｅｂｉｏｎｉｃｓｎａｋｅ运动结构。

一种仿生蛇形机器人的结构设计近年来，随着机器人技术的不断发展，仿生机器人的设计也越来越受到关注。

其中，仿生蛇形机器人作为一种新型机器人，具有较高的柔性和自适应性，受到了广泛关注。

本文将介绍一种仿生蛇形机器人的结构设计。

一、机器人结构概述仿生蛇形机器人的结构主要分为三个部分：头部、身体和尾部。

其中头部通常是由一个带有摄像头的模块组成，用于判断移动方向和障碍物识别。

身体部分采用分段的设计，每一段都能够实现自主运动，可以通过控制运动的角度和频率来实现机器人的移动。

尾部部分通常采用与身体部分相同的结构，主要起到稳定机器人的作用。

整个机器人结构灵活、可塑，可适应各种环境下的移动。

二、身体部分结构设计身体部分是仿生蛇形机器人最重要的部分，它决定了机器人的运动能力。

每一段身体都由一个转轴、一个驱动器和一个连接器组成。

转轴通常采用伺服电机或步进电机，可以控制其运动角度和速度，用于驱动身体运动。

驱动器通常采用弹性体或金属刚体，用于传输能量和控制运动轨迹。

连接器通常采用柔性材料，如橡胶或硅胶，能够实现身体的伸缩和弯曲，用于实现蛇形机器人的运动。

三、控制系统设计仿生蛇形机器人的控制系统包括硬件和软件两部分。

硬件方面，需要运用传感器、电机控制器、信号处理器等设备。

具体来说，需要安装陀螺仪、加速器、振动器等传感器，用于检测机器人的角度、速度和加速度。

电机控制器负责驱动电机，控制机器人的运动。

信号处理器用于处理控制指令和传感器数据，控制机器人的移动。

在软件方面，主要有机器人控制程序和运动学算法两部分。

控制程序负责接收用户指令，解析传感器数据，并将控制命令转换成电机控制信号。

运动学算法主要用于定位机器人的位置、速度和运动轨迹。

四、应用场景仿生蛇形机器人可应用于海底探测、医疗器械、安防巡逻、排爆等领域。

例如，用于水下探测可以采用防水材料，实现机器人在水中的自由运动。

医疗器械方面，仿生蛇形机器人可以用于手术，实现微创手术、准确治疗等。

总690期第二十八期2019年10月河南科技Henan Science and Technology基于十字轴式万向轴的机械手设计陈安琪贾仕铭何峥纬尹文锋（西南石油大学，四川成都610500）摘要：自动机械手可用于工件的搬运、装卸，机器零部件的组装，在生产中已经得到广泛应用，但在特定工作环境下仍需要对机械手进行人工控制。

传统的自动机械手的抓取手采取推杆式结构，无法满足大力矩输出要求。

本文设计了一种采用步进电机与传感器相配合的万向轴式机械手。

该机械手对传统推杆结构进行了改进，缩短了力矩，减小了力的损耗，从而增大了输出力矩，同时增设步进电机与传感器，便于调节角度，以满足不同工作环境的需求。

关键词：十字轴；机械手；步进电机；传感器中图分类号：TH133.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）28-0050-03 Design of Manipulator Based on Cross Universal ShaftCHEN Anqi JIA Shiming HE Zhengwei YIN Wenfeng（Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan610500）Abstract:Automatic manipulator can be used for the handling and loading of workpieces,the assembly of machine parts,which has been widely used in the production,but it still needs to be controlled manually under the specific working environment.The traditional grab of automatic manipulator adopts push rod structure,which can not meet the requirement of large torque output.In this paper,a kind of universal shaft manipulator was designed,which used stepping motor and sensor.The manipulator improves the traditional push rod structure,shortens the torque,reduces the loss of force,and increases the output torque.At the same time,a stepping motor and a sensor were added to facil⁃itate the adjustment of the angle,so as to meet the needs of different working environments.Keywords:cross shaft manipulator；stepping motor；sensor1问题提出传统自动机械手在生产流水线上已被广泛应用，但在特定工作环境下仍需人为控制机械手的运转。

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。

基于LPC2131的蛇形机器人控制系统设计摘要：介绍了基于LPC2131的蛇形机器人控制系统的设计制作过程及特点。

以蛇为模型简化为多关节的蛇形机器人，并以舵机作为关节连接件，模拟了蛇的蜿蜒运动及直线运动，用无线数据传输模块nRF905实现了对蛇形机器人的无线控制，控制距离能够达到100米，而且稳定可靠。

关键词：蛇形机器人；LPC2131；舵机；PWM；调速Design of the control system of the Snakelike Robot Based on LPC2131LI Hongyan Hou Yuanbin（College of electrical and control engineering，Xi’an University of Science and Technology ，Xi’an 710054，China）Abstract：Introduced the design of a snake-like robot control system based on LPC2131 characteristics and the production process. Based on snake model simplification for articulated snake-like robot and servo as joint connectors，impersonates the snake twisting motion and linear motion，by wireless data transmission module nRF905 enables wireless control of snake-like robot control distance up to 100 meters，and is stable and reliable.Key words：snakelike robot；LPC2131；servo；PWM；speed adjustment0 引言蛇是一种无肢动物，它通过身体的扭动和伸缩实现“无肢运动”，这种运动方式具有稳定性好、横截面积小和柔性高等特点。

多地形蛇形机器人的设计摘要：仿生机器人是生物科学与工程技术的结合，首先对自然界生物蛇以及相关的爬行动物的身体结构和运动形式进行了分析，并对蛇类常见的多种运动方式进行分析。

根据生物蛇骨架和鳞片的运动结构与原理抽象出的模型设计出了一种仿生蛇型关节结构。

本设计对生物蛇进行了仿生设计，让其可以满足在复杂环境中进行独立的搜索、采集等任务。

关键词：仿生；采集；设计1 整体结构本次设计整体可主要分为两个部分——驱动部分和采样部分。

如图1所示。

驱动模块主要采用中心凸轮轴带动机器人骨架进行往复运动，由于骨架运动时存在高度差，因此两侧骨架得以交替行进，进而逐步前进。

采样部分采用伸缩电机带动钻头来实现采样功能，钻头由电机带动钻入土中，再进行采样，最后对采集好的样本进行回收。

图12 主要构件的设计2.1 驱动模块的设计驱动块主要部分采用SolidWorks进行建模，然后进行3D打印，最后进行拼装。

在该仿生蛇驱动部分的每一单元之中，以中轴为主驱动轴，通过电机带动中轴旋转，进而带动三角凸轮轴旋转。

三角凸轮轴表面带有均匀的凹槽轨道，斜向环绕凸轮一周。

蛇的外部鳞片通过骨架与凸轮相接，骨架的一端为楔形，其末端与外部鳞片固定在一起；另一端为圆球形，可以刚好在凸轮轨道中滑动。

骨架的中央位于固定支架中，以支架作为支点，可以让鳞片前后运动的同时进行伸缩运动。

从而让蛇的骨架实现前后形似真实生物蛇的鳞片蠕动效果，让蛇运动的更为流畅。

如图2所示。

图2凸轮轴设计采用了带有圆角的勒洛三角形，使蛇的鳞片起伏更加均匀，保证了蛇的运动是持续且稳定的。

凸轮表面轨道的截面设计为圆形，可以保证骨架在其中可以沿轨道流畅滑动。

骨架的一端是圆球形，可以在轨道内循环滑动，中间端的设计为扁平形，可以保证其在支架的支撑下仅沿竖直方向上下起伏，并且以支架为支点进行一个方向上的往复摆动。

骨架的末端为楔形，可以与鳞片上的楔形孔嵌合，使鳞片与骨架的连接紧密。

凸轮轴和支架能保证骨架可以带动鳞片进行均匀的摇摆和起伏运动。

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