我的毕业设计--蛇形机器人(图片、视频)

蛇形机器人论文

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。

蛇形手术机器人毕业设计开题报告.docx

工学院本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称：蛇型手术机器人末端指关节设计所属系别：机制班级： 122学号： 1207050207学生姓名：宋宏泽指导教师：周惠兴一、立论依据1.1 研究背景与意义近年来，医疗辅助机器人的研究应用已经成为机器人技术应用领域的一个研究热点，而其中机器人微创外科手术方面的研究和应用最为广泛。

微创手术技术的应用是 20 世纪外科手术领域的一大革命，它的应用使得大部分的外科手术告别了开放式的手术模式。

采用微创手术机器人进行微创手术具有如下优点：(1) 提高手术质量，降低医生疲劳程度，减少患者手术痛苦，缩短患者康复时间，减低医疗费用，减少术后并发症，扩大微创手术适应证范围；(2) 可对医生进行培训、教育和指导，并缩短医生的学习曲线；(3) 使用遥操作外科手术机器人，可进行远程外科手术，使医疗专家进行远程医疗会诊、远程医学教育，实现全社会医疗资源、技术和信息的共享；(4) 外科手术机器人系统及相关配套器械将成为国家新的经济增长点。

本课题的研究目的在于探索采用机器人技术提高手术质量和效率、减少患者痛苦的新途径。

1.2 国内外研究现状及发展趋势近年来，先进机器人技术应用于医疗外科手术已经受到了世界发达国家的高度重视。

目前，已开展微创外科手术机器人系统研究的国家有美国、加拿大、英国、德国、意大利、西班牙、日本、韩国等，其中美国对微创外科手术机器人研究的广度和深度都处在世界领先水平。

经过多年的研究，已经有几种比较成熟的产品推向了市场，取得了良好效果。

Da Vinci机器人辅助微创手术系统包含一个主控制台和一个从动操作车，如图1所示。

医生通过主控制台上双目视孔可以观察到手术区域的三维图像。

该系统的从动操作车上有三个机械臂，其中，中间的机械臂上装有由双目摄像头而组成的可视化系统，两个独立的视觉信号传到双目视孔处合成来获取真实手术区域的三维图像。

医生可以通过操作脚踏板来移动摄像头，在摄像头移动的过程中，从动机械臂保持定位，第二个脚踏板装置可以在保持从动机械臂不动的基础上重新对主操作器进行调整，使整个装置处于最佳的位置。

一种新型蛇形机器人的机构研究与设计

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。

蛇形机器人论文

\=论文题目：基于LPC2131的蛇形机器人硬件设计专业：自动化学生：宋代宁签名：__________指导教师：李红岩签名：__________摘要对于地震、瓦斯、有毒气或者空间狭小的场所，作为普通的人，我们难以完成某些任务，因此可以去寻找一些人类的替代品。

而蛇作为一种无脊椎生物，靠身体的蠕动可以灵活完成这些任务。

本课题以此为出发点，以LPC2131和51单片机为控制器，实现蛇形机器人的3个自由度运动，蛇前面装有摄像头、红外避障、数字遥控接收器、NRF905无线数据传输模块、超声波测距模块、LCD1602显示，监测部分用软件上位机来实现，方便人们了解情况。

蛇形机器人分为四个模块：电源、控制器、机械模块和无线传输模块。

蛇的执行部分主要有直流减速电机和MG955舵机。

以开关电源为主要部件，给直流电机和舵机分别提供12V、5V电压，控制器用蓄电池作为电源。

机械模块以UVPC管为原材料，锯成蛇身体的单元结构，再以铆钉连接。

无线控制部分由NRF905进行数据的传输，远程控制由无线式数字遥控实现。

论文主要介绍了蛇形机器人机械结构的制作方法，各个功能电路的原理，各模块的集成设计，各部件的选择及连接方式，各种元件的控制方法，及其实现的功能，充分展示了制作蛇形机器人的整个过程。

关键词：LPC2131，蛇形机器人，直流减速电机，舵机，NRF905Subject: Design of snake like robot based on LPC2131 software Specialty: AutomationName: Song Dai-ning (Signature) __________ Instructor: Li Hong-yan (Signature) __________ABSTRACTFor earthquake,poison gas or narrow space,as an ordinary people,we are difficult to accomplish some certain tasks,so we can go to find some substitute goods for human beings.The snake as a kind of invertebrates that creeping can be flexible to complete these tasks by the body.This topic is based on this opinion,so it uses LPC2131 and 51 single-chip microcomputer as the controller to achieve the three degrees of freedom movement of the snake-like robot.Cameras, infrared obstacle avoidance,digital remote control receiver,NRF905 wireless data transmission module, ultrasonic distance measuring module, LCD1602 display, and monitoring part with PC software are carried in front of the snake,so people know the situation. Snake-like robot is divided into four modules: power supply,controller,mechanical module and wireless transmission module. The snake's moves is depended on dc gear motor and MG955 steering gear. Switching power supplies 12v and 5v voltage for dc gear motor and steering gear, battery provided power for controller. Mechanical module use UVPC tube as raw materials, and divides into the snake unit structure of the body. Wireless is controlled by NRF905 for data transmission, remote control uses wireless digital controller .The subject introduces the method of making the snake-like robot mechanical structure,the function principle of the circuit,the integrated design of each module,the selection of components and connection mode,control method of various components and the functions,fully demonstrates the whole process of production of snake-like robot.KEY WORDS: LPC2131, Snake-like rooted gear motor, Steering gear, NRF905目录1 绪论 (1)1.1 蛇形机器人研究的背景和意义 (1)1.2 蛇形机器人的简介 (2)1.3 本文的结构安排 (4)2 理论概述 (5)2.1 主控制器 (5)2.1.1 LPC2131的简介 (5)2.1.2 51单片机 (7)2.2 蛇形机器人运动的算法实现 (9)2.3 超声波测距原理 (11)2.4 无线原理 (15)2.4.1无线数字遥控 (15)2.4.2 NRF905数据传输 (18)2.5 直流电机的原理 (18)2.6 PWM原理 (19)2.7 本章小结 (20)3 蛇体的系统设计 (21)3.1 蛇身的整体设计及选型 (21)3.1.1 机械材料的选择 (21)3.1.2 蛇形结构的确定 (21)3.1.3 蛇运动的模拟 (22)3.2 1602液晶显示模块 (23)3.2.1 1602引脚功能的简介 (23)3.2.2 1602的控制时序 (24)3.2.3 1602的操作指令 (27)3.2.4 1602的外围连接图 (28)3.3 超声波模块 (29)3.3.1 超声波的硬件结构 (29)3.3.2 由分立元件组成的发射和接受电路 (29)3.3.3 超声波程序的实现 (30)3.4 红外避障 (30)3.4.1 光电传感器工作原理 (31)3.4.2 红外避障原理图 (32)3.5 NRF905 (32)3.5.1 NRF905接口电路管脚说明 (32)3.5.2 NRF905的运行模式 (34)3.5.3 NRF905的编程流程 (34)3.5.4 NRF905的时序 (35)3.6 直流电机 (37)3.6.1 直流电机的驱动 (37)3.6.2 直流电机的控制 (38)3.7 舵机 (39)3.8 本章小结 (39)4 整体调试 (41)4.1 硬件调试 (41)4.2 上位机软件调试 (42)4.3 性能分析 (45)4.4 整体调试结论 (46)4.5 本章小结 (46)5 结论 (47)5.1 总结 (47)5.2 工作展望 (47)致谢 (49)参考文献 (50)附录 (51)附录1 3dmax设计图 (51)附录2机器人的单元结构图 (52)附录3硬件原理图 (52)附录4 Keil编程 (54)附录5 Labview原理图 (55)附录6 蛇形机器人的实物图 (55)1 绪论1.1 蛇形机器人研究的背景和意义随着科学的日益进步和人们生活水平的不断提高，机器人作为20 世纪人类的伟大发明之一，已经逐步地进入了生产和生活领域。

仿生蛇形机器人设计与应用

机器人搭载高清摄像头，可对侦察到的目标进行实时图像传输，为指挥部提供准确、及时的战场情报。
声纳与红外感应
仿生蛇形机器人还具备声纳和红外感应功能，能够感知周围生物和电子设备的存在，为侦察提供更多信息。
目标跟踪与打击
灵活跟踪
凭借其仿生的蛇形结构，机器人能够在复杂环境中实现对移动目标的跟踪，如车辆、人员等。
狭小空间救援
仿生蛇形机器人的灵活性和适应性使其能够在狭小的空间中进行救援，为受灾人员提供及时的援助。
灾害模拟演练
模拟灾害环境
仿生蛇形机器人可以模拟地震、洪水等灾害现场，为救援团队提供模拟演练的环境。
评估救援能力
通过模拟演练，救援团队可以评估自身的搜救能力和响应速度，为实际救援提供参考。
培训与教育
超声波传感器
用于测量机器人与周围环境之间的距离，实现机器人的导航功能。
IMU传感器
用于检测机器人的姿态，帮助机器人保持稳定的运动状态。
驱动器系统
电机驱动器
用于驱动电机转动，实现机器人的运动。
舵机驱动器
用于驱动舵机转动，控制机器人的姿态和运动方向。
电源系统
电池
为机器人提供电力，一般采用可充电电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
感知系统架构
01
设计感知系统的整体架构，包括传感器数据的采集、处理和传
输。
触觉传感器
02
设计能够模拟蛇的触觉感知的触觉传感器，并开发相应的数据
处理算法。
视觉传感器
03
设计能够模拟蛇的视觉感知的视觉传感器，并开发相应的数据
处理算法。
导航软件设计
1 2
SLAM算法
使用SLAM（同时定位与地图构建）算法实现机器人的自主导航。

蛇形机器人

整体骨架由 ABS
PC 板和 PVC 硬板组成，在保证结构强度同时减轻重量，方便加工。
应用前景
此款蛇型机器人作为一个载具平台，通过在头部安装照明
灯，摄像头，主要从事复杂地形的探测拍摄工作。
因为采用模块化设计，可以安装其他传感器，机械装置等
进入狭小或危险环境内完成操作任务。
Thank You
蛇形机器人
山东理工大学赵庆洋
制作背景作品展示结构说明应用前景
目录
CONTENTS
制作背景
自然界中的蛇能有多种运动形式来适应环境的变化。以蛇为模型而制造的蛇形机器人，因为很高的活动自由度能胜任多种工作
蛇形机器人通过自由的关节
能进行三维上的运动，因此有很高的通过能力。
随着机器人技术的进步，科探，灾难救援，防恐防暴，医疗，航天，军事，起居生活等各个领域都能看到蛇形机器人的身影。
作品展示
单个单元
前节由电机驱动主动轮，构成单元由两节构成，后节为从动轮。
单个单元
主动轮由vex 393电机直接驱动
结构说明通过垂直和水平向正交的关节来拟和蛇类生物柔软的身体具有两个方向的自由度，整体形成一个高冗余度的结构体。
采用模块化设计思
路，两侧安装有主，从动轮，保证了平地机动性。

十字轴万向节式蛇形机器人机构设计

图 7 主固定座示意图（ mm）
( 2) 能源配置。本蛇形机器人采用自身携带电源的方式，每节配备 1 节电池，电池为能量较高而质量较轻的 8． 4 V 锂电池，固定在各个体节上。 2． 3 结构设计 2． 3． 1 舵机合理摆放
舵机摆放原则： ① 动力输出轴呈垂直状态； ② 摆放位置必须使单个体节长度尽量短，直径尽量小。
根据上述原则，舵机摆放选择如图 6 所示，2 个动力输出轴所在平面间距 20 mm，舵机 1 的上侧和舵机 2 舵盘侧平面对齐；舵机 2 右侧和舵机 1 舵盘侧平面对齐。
10
实验室研究与探索
第 32 卷
图 6 舵机摆放位置示意图（ mm）
2． 3． 2 选择合适的正交面 ( 1) 选择正交面 1 和 3。要构件十字节式结构，
则需要先选定正交轴所在的正交面，如图 6（ a）所示，我们选择在舵机 2 上建立正交面，以其轴线所在相互垂直的两个面为正交面 1 和正交面 3。
1 蛇形机器人自由度分析
蛇形机器人属于高冗余自由度机构，这是它可以
实现多种运动的硬件条件。蛇形机器人属于空间机
构，其自由度应按空间自由度来计算。空间自由度的计算公式［15］为
g
M = 6n － ∑（ 6 － fi）
（ 1）
i =1
式中： M 为自由度； g 为运动副数； n 为机构中活动构
件数； fi 为第 i 个运动副的自由度数。在蛇形机器人系统中，所有运动副均为转动副，所以 fi = 1；因为蛇形机器人始终至少有一节接地，所以活动构件数为总构
器人难以到达的地方。
在目前的研究中，蛇形机器人两个体节之间的连
接方式主要有平行连接、正交连接、球形万向节连接以及 P-R 万向节连接。如蛇形机器人 ACMⅢ［1-4］，微小型仿蛇形机器人样机［5］，ACM-R3 机器［6］等都是采用平行联接方式； GMD-Snake2［7］，SSR-Ⅱ等都采用了球形万向节联接方式。孙洪等［8］提出了具有万向节功能的 P-R 模块。除此之外，Chrikjian 等［9-10］提出变几

仿生蛇毕业设计

仿生蛇毕业设计近年来，随着科技的不断进步，仿生学在各个领域中得到了广泛的应用。

其中，仿生蛇作为一种新颖而有趣的研究方向，吸引了众多科研人员的关注。

本文将探讨仿生蛇在毕业设计中的应用，以及其在未来的发展前景。

首先，我们来了解一下仿生蛇的基本原理。

仿生蛇是通过模仿蛇的运动方式和结构设计而成的机器人。

蛇的身体由一系列的环节组成，每个环节都可以进行自由运动，从而实现蛇的爬行。

仿生蛇的设计灵感来源于蛇的运动特点，通过模拟蛇的运动方式，可以实现灵活的机器人运动。

在毕业设计中，仿生蛇可以应用于多个领域。

首先，它可以用于探索狭窄或危险环境，例如地下管道、矿井等。

由于仿生蛇具有灵活的身体结构和运动方式，它可以穿越狭窄的通道，并携带传感器进行环境监测。

这对于人类来说是非常困难甚至不可能完成的任务，因此仿生蛇在这方面具有巨大的潜力。

其次，仿生蛇还可以应用于救援任务中。

在灾难发生时，人们常常需要进入到受困地区进行救援，但由于环境复杂和危险性高，救援行动往往受到限制。

而仿生蛇的灵活性和适应性使得它成为一种理想的救援机器人。

它可以爬行通过狭窄的空间，寻找被困者并提供帮助。

此外，仿生蛇还可以携带摄像头和传感器，实时监测受困区域的情况，为救援行动提供重要的信息。

除了上述应用，仿生蛇还可以用于医疗领域。

例如，它可以被用作内窥镜的替代品，用于检查人体内部的病变情况。

由于仿生蛇具有柔软的身体和灵活的运动方式，它可以更好地适应人体内部的曲线和弯曲，从而提高内窥镜的操作性和准确性。

此外，仿生蛇还可以携带微型手术器械，进行微创手术，减少手术创伤和恢复时间。

尽管仿生蛇在毕业设计中的应用前景广阔，但目前仍存在一些挑战和问题。

首先，仿生蛇的运动控制和机械设计需要更加精确和稳定。

由于蛇身结构的复杂性和运动方式的多样性，如何实现精确的运动控制是一个难题。

其次，仿生蛇的能源和电池寿命也是一个挑战。

由于蛇身环节较多，需要较多的电机和传感器来驱动和控制，这对于能源的消耗和电池寿命提出了更高的要求。

哈工大仿生机器人之机器蛇

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3）德国GMD国家实验室的AiS
德国GMD国家实验室也开发出了基于模块式结构和CAN总线的蛇形机器人，其结构为三维关节，每关节有三个电机及六个力矩传感器，六个红外传感器，因此结构相当复杂，直径达20cm左右。其控制方式为上位机总线下位机。目前该机器人具有速度及位置闭环，能翻越简单障碍，具有一定的自主反应能力。
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第四种方式是侧向移动，从头部开始，身体部分顺次接地、抬起，完成前进运动，借助腹部与地面之间的摩擦力移动。这种运动形式常见于沙地环境中的蛇类运动。另外，蛇的其他运动形式有：跳跃、绕身体脊椎的回转、利用障碍物推动身体运动、蠕虫运动、滑行冲击等。
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三、蛇形机器人结构形式
蛇体结构一
每组传动装置包括：1台直流伺服电机，1组一级齿轮减速，1组丝杠螺母传动，以及1个球形连接关节。底部有1个滑动轴承作为轮子以减少摩擦。在各单元节之间的附加球型关节使得仿蛇机器人在地表的明显不规则运动得到一定补偿。在大多数运动模式下，每个铰链的运动或每个单元节的垂直方向自由度,并非由机器人控制器控制,而是由地表的几何形态进行被动的控制。仿蛇机器人的所有单元节以同样地方式进行设计。 16
（3）地面特征识别技术的研究
识别平坦的硬地面、软土、沙地
关节模块
传感器
压杆底面
传感装置
传感装置安装示意图
(4)基于GPS的蛇形机器人定位方法的研究
对于用于野外工作的蛇形机器人，定位是个关键
问题。基于GPS的定位方法是目前应用最广的方法。目前实验定位精度< 15米我们在探索应用我国的北斗导航定位系统进行定位的方案。
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第三种方式是伸缩运动，蛇身前部抬起，尽力前伸，接触到支持的物体时，蛇身后部即跟着缩向前去，然后再抬起身体前部向前伸，得到支持物，后部再缩向前去，这样交替伸缩，蛇就能不断地向前爬行。在地面爬行比较缓慢的蛇，如铅色水蛇等，在受到惊动时，蛇身会很快地连续伸缩，加快爬行的速度，给人以跳跃的感觉。

一种蛇形机器人的设计

【关键词】蛇形机器人；仿生；舵机
动舵机完成相应的动作，语音模块以及其他模块也完成指令。
０引言２硬件系统设计
机器人技术涉及到机械、电子、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，代表着现在乃至未来高新技术的发展方向。同时，伴随着它在人类生活应用领域中的不断扩大，引起了各国对机器人技术的开发热潮。作为当代大学生，我们要主动接触新事物，把握当今社会的科技发展方向。目前，对机器人的研究日新月异，研究的方向越来越广阔，尤其越来越注重于仿生机器人的研究…。仿生机器人虽然多种多样，但是对于蛇形机器人的研究大多注重能够实现动作灵敏的在复杂地形中爬行，将所采集到的信息进行实时反馈【２ｌ。但是对其他方面的研究较少。本设计是在能够灵活完成一些蛇的基本动作以及实时检测周围环境的温湿度的基础上，增加够识别颜色的传感器，当检测到一种颜色时，蛇形机器人会发出声音并同时做出相应的动作。最终使机器人实现一种更接近蛇的生活状态。
图１总体设计框图
１．２总体设计
蛇形机器人的总体设计框图如图１所示。接通电源后，当启动模块接收信号会将信号送给微控制器，将整个系统进行初始化。当机器人上的各类传感器接收到各自不同的检测信号后也会反馈给微控制器进行处理，之后微控制器将处理过的信号送给驱动模块、语音模块等，驱动模块通过接收到的信号指令驱
基金项目：西北民族大学２０１６年国家级大学生创新创业训练计划项目（２０１６１０７４２０９０）。

一种仿生蛇形机器人的结构设计

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。

“蛇”型机器人搭建过程

“蛇”型机器人1
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注意：您必须使用灰色的销，不然这部分很容易散开。

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注意：现在是一个很好的时间来检查你刚才的搭建，以确保所有的梁是正确地连接在一起的。

长梁连接部分应当是可以折叠起来的。

如下图所示。

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10
11
三条连接导线要使用在此步骤：最长的，最短的，和一个中等长度的导线。

最长的导线和超声波传感器端口连接。

对应NXT端口“1”。

导线的缠绕请仔细的“蛇颈”所示。

最短的导线，连接控制“蛇颈”的马达。

对应NXT的“B”端口。

中等长度的导线连接“尾”马达，对应NXT的“ C”端口。

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重要提示：这步骤里，灰色半套管必须非常松地扣在短轴上。

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设计的螺旋体蛇型完全是个人喜好。

（这仅仅是装饰）。

可以任意制作。

下面是我制作的螺旋体蛇型。

.。

毕业设计论文PPT答辩-仿生机器蛇的设计与仿真

y
3600x
600 (20
(19 x x 22)
20)
30x 720 (22 x 24)
0 (x 24)
最后仿生机器蛇的端点全部位于x轴上，仿生机器蛇前进一个步态
2024/8/6
9
• 蛇形机器人的ADAMS仿真流程图
运行ADAMS/View
设置单位制，设置重力，设置栅格尺寸、格距
运用长方体工具设置大地
过程二仿真截图
2024/8/6
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• 仿真结果分析（三）
最后一端点5的转角函数曲线
过程三仿真截图
2024/8/6
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• 总结
通过本次课题，对蛇形机器人的运动机理进行了设计并数学建模与软件仿真。通过仿真，验证所设计的模型的可靠性与可行性，对未来建立实物机器人打下虚拟基础。
2024/8/6
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仿生机器蛇的设计与仿真
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姓名：
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专业年级：测控技术与仪器（电站测控方向）
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指导老师：
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答辩时间：2010年6月18日
2024/8/6
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蛇形机器人概述
蛇的运动方式：（1）侧向运动（类似弹簧，适合攀爬）（2）蠕动或类似风琴式的运动（3）侧向盘旋运动（疑惑性强，效率高）
蛇形机器人种类：（1）侧向运动仿生蛇形机器人（2）蠕动运动蛇形机器人
2024/8/6
蛇形机器人概述视频
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本课题主要研究：
设计一种6杆7节点类似正弦波运动的蛇形机器人
蛇尾类似于日本NEC公司的连杆蛇形机器人模型
蛇头运动方向
2024/8/6
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• 步态分析过过程程三一：：
过程二：

仿生机器蛇设计与仿真研究(任务书)

上海电力学院毕业设计（论文）任务书
课题名称仿生机器蛇设计与仿真研究
院（系）电自学院信控系
专业测控技术与仪器（电站方向）
班级
学生
时间
设计地点
指导老师签名：
教研室主任（系主任）签名：
学生签名：
一、课题背景、目的、意义
二、课题的主要内容及要求（要求详实、具体、准确）
三、成品要求（包括课题主要目标及成果）
四、课题计划进度
五、有关资料及参考书目
注意事项
1、指导教师应认真、详实填写任务书并做好准备工作。

2、毕业设计任务书填写完成后应经主管院长（系主任）审核认可，
并在毕业设计正式开始前下发给学生。

3、学生必须严格按照任务书的有关要求，查阅相关资料，认真执行
各项环节所规定的任务。

4、学生必须根据指导教师的安排，在专门的场所进行毕业设计。

5、毕业设计必须在导师指导下独立完成;抄袭或请他人代做者，毕业
设计成绩按不及格处理。

6、学生在毕业设计期间，不得无故擅自离开学校或毕业设计地点，病、事假按有关规定办理。

(详细毕业设计要求见教务处及各学院相关规定)。

一种可重构蛇形机器人的研究

一种可重构蛇形机器人的研究可重构蛇形机器人（Reconfigurable Snake-like Robot）是一种基于蛇形形态的机器人设计，它具有自主变形能力的特点。

这种机器人能够通过改变自身的形态和结构，适应不同的环境和任务需求。

在现代机器人技术的发展中，可重构蛇形机器人被广泛应用于各种领域，如救援、勘测、管道探测等，具有广阔的应用前景。

可重构蛇形机器人的研究可以从以下几个方面展开：1.结构设计：可重构蛇形机器人的结构设计是其重要组成部分。

机器人的主体由多节连杆组成，每个连杆之间都能够自由运动，从而实现机器人的变形。

这种设计可以通过电机、液压或气动等方式驱动每个连杆的运动，使机器人具备更大的灵活性和可控性。

2.运动控制：机器人的运动控制是可重构蛇形机器人研究的关键技术之一、通过对每个连杆的运动进行精确控制，机器人可以实现多种运动形式，如爬行、攀登、转向等。

这些运动模式可以通过传感器来实时感知环境，并通过算法进行运动规划和控制。

3.自主感知与决策：为了使机器人能够适应不同的环境和任务需求，可重构蛇形机器人需要具备自主感知与决策的能力。

通过搭载各种传感器，如摄像头、超声波、激光雷达等，机器人可以实时感知周围的环境信息，如障碍物位置、形状和距离等。

同时，机器人还需要具备自主决策的能力，能够根据感知到的信息，做出相应的运动和形态变换决策。

4.智能控制算法：可重构蛇形机器人的运动控制和形态变换需要依靠智能控制算法的支持。

通过采用机器学习、遗传算法、强化学习等先进的控制算法，可以使机器人具备更加智能化的行为和决策能力。

这些算法可以根据机器人的运行环境和任务需求，对运动控制和形态变换进行优化和自适应调整，从而提高机器人的运动效率和适应能力。

5.应用领域：可重构蛇形机器人在应用领域上具有广泛的潜力。

在救援领域，机器人可以通过变形的能力，适应各种复杂的环境，如狭窄的通道、倾斜的地面等，实施搜救行动。

在勘测领域，机器人可以利用其变形能力，穿越地下管道，进行管道检测和维护。

蛇形机器人论文

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。

(完整版)救援机器人毕业设计论文

德州学院毕业论文（设计）中期检查表目录摘要及关键词 (1)1 引言 (1)1.1选题的背景和意义 (1)1.2 国内外的发展趋势和研究现状 (2)2 救援机器人的机械设计 (3)2.1机器人的移动机构设计 (3)2.2机器人运动分析 (5)2.3机器人的传动系统设计 (9)3 救援机器人的控制系统设计 (11)3.1硬件设计 (11)3.2智能机器人的软件设计 (15)4 结论 (17)参考文献： (19)谢辞 (20)救援机器人的设计摘要：本设计是一种可携带的履带式救援机器人，它集成了机械工程、电子技术、智能控制、计算机科学等多科领域先进研究成果，在救援中可用于环境勘探、破障、目标指示跟踪，可以为救援人员提供有效的信息以便做出最有效的措施。

本论文的研究目的是设计机构新颖、具有独创性、可携带抗冲击的智能移动机器人。

关键词：可携带履带式机器人；虚拟仿真；复合移动1 引言1.1选题的背景和意义煤炭工业是我国国民经济的基础产业，煤炭在我国能源发展格局中的基础地位是稳固的前景是广阔的建国。

50多年来，煤炭作为我国的主要能源，在一次能源消费结构中占有大部分比例。

随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，国家对能源的需求将有大幅度的增加[1]。

针对我国煤炭事故的不断增多，且救援水平较低的现状，研究适用于井下瓦斯、煤尘爆炸等重大事故后，能够代替人及时进入事故现场，监测井下环境状况、准确的判断井下作业人员的受困位置以及获取环境信息的煤矿救援机器人系统，实现煤炭矿灾后科学救援，最大限度的减少人员伤亡和财产损失，从而提高我国煤矿安全事故的救援水平具有非常重要的意义。

随着经济的快速发展煤炭的消耗越来越大，而我国的煤炭事业大多数为矿工开采，所以存在的不安全因素很多，瓦斯煤尘和火灾等灾害事故频繁发生，灾害事故严重伤害矿工和造成重大经济损失。

因此开发具有智能的救援机器人是非常具有现实意义的。

目前，救灾方式只是根据事故的类型确定救灾的方案，一般救护人员无法进入危险区域，只能通过提升绞车、移动式风车等设备清除垃圾，向井下通风，然后再搜救遇险矿工。

多地形蛇形机器人的设计

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。

叶片轮式蛇形机器人

项目简介叶片轮式蛇形机器人采用叶片轮驱动，比一般的蛇形机器人具有更好的翻越和攀爬能力，能够适应各种复杂的地面环境，同时具有结构简单、操作方便、速度快、成本低的特点。

该机器人由控制者通过无线摄像头传回的图像进行遥控控制，能够脱离视线范围工作，根据环境的不同可搭载不同的传感器完成各种任务。

主要可用于地震废墟下搜救伤员，在军事上侦察敌情，公安部门反恐，核工厂、危险化学药品生产工厂危险区域检测等。

详细介绍叶片轮式蛇形机器人由姿态控制系统、移动系统、遥控控制系统、无线视频系统、电源系统五个部分组成。

姿态控制系统：本叶片轮式蛇形机器人设计为5节，约半米长，共有4个关节，每个关节有三个自由度，两个可控制自由度，一个自平衡旋转自由度，通过控制关节处的舵机实现蛇形机器人姿态的改变。

移动系统：通过10个直流减速电机驱动10个叶片轮前进，比轮式驱动更容易越过障碍物。

每个叶片轮由三片弹簧片成两两120度固定于轮轴上而成，每片都略微向后弯曲，以防止前进时将杂物卷起卡住叶片轮。

遥控控制系统：包括无线遥控发射器和无线遥控接收器。

控制者通过无线摄像头传回的图像了解蛇形机器人周围地形情况，使用无线遥控发射器将控制信号传送给无线遥控接收器。

无线视频系统：通过无线摄像头将蛇形机器人周围图像传送到控制者的显示设备上，实现超视距控制。

电源系统：采用两块3.7V的锂聚合物电池串联供电。

本蛇形机器人头部安装有无线摄像头和高亮LED灯（在黑暗环境下使用），由控制者通过无线摄像头传回的图像对其进行遥控控制，能够脱离视线范围执行任务。

其采用的叶片轮式驱动能够比常规的驱动方式（如轮式驱动、履带式驱动）提供更佳的驱动能力和越障能力，每个关节有三个自由度（一般只有两个），能够取得更好的运动效果。

在不改变机身的情况下，可以通过更换不同的驱动机构来适应不同的运动环境，实现运动效率的高效化。

本蛇形机器人可搭载各种传感器，用于地震废墟下搜救伤员，在军事上用于侦察敌情，公安部门用于反恐，核工厂、危险化学药品生产工厂用于进入危险区域检测，外星探测等。

2.2、蛇形机器人结构简介

蛇可以做多种动作来适应它所处的环但大体上可分为四种步态：境，但大体上可分为四种步态： • 蜿蜒运动 • 直线运动 • 伸缩运动 • 侧向运动
蜿蜒运动
生物蛇的蜿蜒运动
直线运动
生物蛇的直线运动
伸缩运动
生物蛇的伸缩运动生物蛇的伸缩运动伸缩
侧向运动
生物蛇的侧向运动
∆ θ i ( yaw )
处理单元微处理器
GPS进行定位的原理图 GPS进行定位的原理图
（6）应用研究
监控站
操作台作业单元
传感器
蛇形机器人
监视器
蛇形机器人作业系统框图
应用结合国家反恐防暴的需求
车底探查实验
关键技术－关键技术－挑战性研究方向
• 理论方法问题，仿生静态与动态模型，复杂模型计算方法，基于理论方法问题，仿生静态与动态模型，复杂模型计算方法，传感器变结构方法，往往是非线性、非定常问题，传感器变结构方法，往往是非线性、非定常问题，…… 多自由度灵巧机构，运动学与动力学，冗余与柔性，多自由度灵巧机构，运动学与动力学，冗余与柔性，高效驱动装置，…… 感知与模式识别技术，内部姿态，外部环境，距离、力觉、感知与模式识别技术，内部姿态，外部环境，距离、力觉、触觉特别是视觉问题，等，特别是视觉问题，…… 嵌入式控制技术：微小型硬件平台，高可靠性软件系统，嵌入式控制技术：微小型硬件平台，高可靠性软件系统，高性能实时学习技术，基于传感器的群体行为智能控制技术，实时学习技术，基于传感器的群体行为智能控制技术，…… 人机交互技术，通讯，时延，临境与虚拟现实，人机交互技术，通讯，时延，临境与虚拟现实，…… 微小型机电系统设计、加工、装配，微小型机电系统设计、加工、装配，…… 微、仿、多、遥、网