PRo/E蛇形机器人（机构）的设计与仿真(2)

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致谢 35

参考文献 36

第一章绪论

1.1 课题研究背景

随着科技的进步以及人类生活水平的不断提高，机器人早已走入人类的生产及生活领域。工业机器人中的焊机机器人、连续喷涂机器人以及激光加工机器人等，凭借其稳定的性能、较快的运动速度以及很强的负荷能力，大大提高了工业作业的生产率，且其质量明显优于人工作业；科技探索中的水下勘探机器人以及太空探测机器人的出现，都在很大程度上加速了科技探索的进程；服务机器人中的智能清洁机器人、按摩机器人、灭火机器人、娱乐机器人以及运输机器人等，都使人类的生活质量得到了很大的提升。而运用到医疗行业以及军事行业的各类机器人，以其灵敏的感知、较高的智能以及较好的稳定性，也越来越为研究学者们所关注。

作为机器人领域极为活跃的一个方向，各种仿生机器人相继面世，诸如机器狗、机械昆虫、机器鱼等等。使机器人的应用领域早已从结构环境下的定点作业中走出来，逐步向复杂环境下的自主作业方向发展。近年来，随着机器人技术的发展，尤其是仿生机器人的发展，具有各种运动形式的机器人纷纷呈现，而传统的轮式或履带机器人以及步行机器人由于运动稳定性差和地面适应能力差等原因，不能很好的适应各种复杂环境下作业的要求。生物蛇的运动方式多变，且具有良好地面适应能力和运动稳定性，因此仿蛇形机器人就应运而生。生物蛇独特的身体结构特征，使其能够在狭小空间、狭长管道以及松软地面等复杂环境下自由运动，且其具有多关节、多自由度、多冗余自由度的特点，具有多种运动模式，可以适应多种环境下的自主作业，在许多领域都具有广泛的应用前景。

仿蛇机器人的多关节结构，使其具有模块化、可重构的特点。某个关节发生故障，并不会影响整体的运动，并且发生故障的关节也易于更换修理；还可根据用途的不同赋予每个关节不同的作用；其模块化的特征使其便于生产加工，且具有良好的安装、拆卸以及扩充性能。因此，蛇形机器人已开始向星际探索、军事侦察、地下管道的疏通、水下探测、疾病治疗、抢险救灾等复杂环境下的自主作业方面发展。

1.2 蛇形机器人的研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 论文的主要研究内容

1．依据现有的理论知识，在已有研究的基础上，完成了一种七关节的蛇行机器人的机构设计及建模仿真；

2．对此七关节蛇形机器人进行三个移动方向上的步态分析；

3．利用舵机驱动，通过齿轮传动的传动方式联接，并以模块化思想为指导设计合理的机械结构；

4．运用Pro/E软件完成该蛇行机器人机械结构的3D建模，并最终针对蜿蜒运动对其进行模拟仿真，以检验其机构设计的合理性。

第二章蛇形机器人的机构设计

2.1 运动分析

生物蛇的生存环境多样，运动形式也复杂多变,源^自!751/文-论/文*网[www.751com.cn，但蛇的行进过程是非常灵活的。据悉，自然界中的蛇一般都具有两种以上的运动方式，并且蛇的运动模式很难完全模拟，所以，在蛇形机器人的研究中，通常将其分解开来，并对其典型的运动方式进行详细分析。

蛇是脊椎动物，主要有头骨、脊骨以及肋骨组成，其肋骨数与其鳞片数几乎相等，而蛇的运动主要依靠其附着在关节上的致动肌的伸缩，使由脊骨为主体的骨架链产生左右弯曲，从而与地面产生相对移动形成的。鉴于蛇体产生运动的肌肉骨骼力学很复杂，为了便于进行运动学和静力学分析，蛇的肌肉骨骼可以简化为多个关节连接的形式。由此，蛇的基本运动主要有蠕动、蜿蜒运动、侧向移动、伸缩运动、翻转运动及螺旋运动等。