【正文】 系統(tǒng)平臺的建立：本文剛剛建立起蛇形機器人系統(tǒng)，然而要實現(xiàn)蛇形機器人的有效控制還需要建立獲得環(huán)境信息和機器人信息的通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)平臺?？梢园凑障旅娴姆椒▉砬蟮脻M足條件的一組解：方法1(見圖 )：將第 k 個關節(jié)作為靜止部分在地面上的支點。根據每個關節(jié)的周期變化，可 以推導出蛇頭關節(jié)運動的函數為 ： ?h=?θ (s) = ?α cos(bs) (35) 寫成時間的函數為 ： 沈陽航空學院學士學位論文 28 ( ) c o s[ ( 1 ) ] c o s[ ( 0 . 5 ) ]h t t n b l t n? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?（ ） 該函數使蛇形機器人頭部的方向始終與波形軸線方向平行。 （圖 第二組齒輪與其軸的安裝方法） 摩擦輪的設計（如圖 ） （圖 摩擦輪示意圖） 如圖所示摩擦輪的形狀設計及其裝配位置，就單獨單元裝配而言，只依靠摩擦輪與地面的微少部分 理論上是點的接觸是不可能保證單元體的其他部分不與地面接觸， 甚至單元體有可能翻滾。 表 傘齒輪規(guī)格 : 沈陽航空學院學士學位論文 20 表 傘齒輪的具體參數： 軸的設計及校核 在蛇形機器人的 所有傳動件中，與其他各零件之間起中心作用的是與其他零件裝配關系（見圖 ）最多的大軸（見圖 ）。 傳動比的確定 沈陽航空學院學士學位論文 17 對于蛇形機器人而言，它的輸出是由模塊提供的，然而它的負載也正是其模塊本身。 該蛇形機器人單元采用了模塊化設計 。 綜上所述，蛇形機器人的研究對很多重要領域有著極其重要的意義。蛇形機器人也適合于完成災難救 援任務。此外，在蛇形機器人上安裝了紅外線傳感器來檢測環(huán)境信息（見圖 ）。上位機為 PC 機控制，通過對總線的定時輪詢來實現(xiàn) 隨時插拔關節(jié)。蛇的各種獨特的運動特性賦予蛇 形機器人以多種功能。從蝙蝠的夜間疾飛到當今軍事和民航上至關重要的雷達系統(tǒng)，都充分體現(xiàn)了研究生物系統(tǒng)對科學技術發(fā)展的重大貢獻。 其 主要功能要求：能 利用 單元 之間的擺動是身體與環(huán)境之間的摩擦力能在凹凸不平 /粗糙的面蜿蜒前進，也能在光滑的表面上滑行前進； 能 利用關節(jié)之間的相對運動實現(xiàn)身體的抬起從而可以跨過小溝、裂縫和障礙物等。生命系統(tǒng)的自主運動和適應能力的物理實現(xiàn)不僅能夠把人從繁重、危險、單調乏味的 工作環(huán)境中解脫出來，而且能夠代替人在危險場合完成復雜作業(yè)。 （圖 第一代蛇形機器人 SolidSnake） 從仿生學的角度， 第一代蛇形機器人 結合機器人動力學和摩擦學等的相關理論，建立的蛇的行波運動學模型，并研制的機器蛇樣機 —— SolidSnake，并利用 SolidSnake 實現(xiàn)了蛇的蠕動、游動、側移、側滾、抬頭、翻越障礙物等運動形式。 Hirose 教授于 1972 年研制了第一臺蛇形機器人（ Active CordMechanismACMIII）（見圖 13）。 20xx 年，國防科技技術大學研制了一個蛇形機器人樣機 [53](圖 )，該樣機不但可以實現(xiàn)平面內運動，而且采用密封外皮后，能在水面上實現(xiàn)蜿蜒運動。 4) 航空航天 :神州五號飛船的順利返航證明了中國在航空航天方面堅實的科學實力。 （ 2） 可以跨過小溝、裂縫。如圖 所示：電機軸 1’分別與齒輪 2’相連并通過齒輪 4和 2’、 3’、 4’最終將轉動傳給傘齒輪（ 5’）。 蛇形機器人能夠抬 起越多的單元，就證明其具有越強的三維運動能力。 沈陽航空學院學士學位論文 22 主要裝配關系說明 由于 本方案是蛇形機器人的單元設計（并非傳統(tǒng)設計）所以在有很多地方需要補充說明一下： 電機與齒輪 1 的 配合部分（如圖 ） （圖 齒輪 1 視圖和電機局部 電機軸視圖） 在裝配圖中可以看到電機與與它相連的齒輪 1 之間的配合關系：二者之間只是通過電機軸上的花鍵與齒輪的花鍵槽限制了齒輪在電機軸上的徑向自由度，而軸向的自由度似乎沒有限制，但事實上齒輪沿電機軸向的自由度是通過強力膠將二者固定的。 由左右兩個直流伺服電機通過差動輪系耦合驅動 。試驗證明這種規(guī)劃方法在插值階段并沒有保證蛇形機器人前進，只是在原地滑動，甚至產生方向偏離。 第 h +1 單元重心所受的支反力為： 2( ( 1 ) ) / (2 ( ) 1 )kN h k m g l h k l?? ? ? ? ? ? （ ） 根據靜止部分每個單元的受力情況，可以求得靜止部分各個關節(jié)的力矩為： ? ? ? ? 2 1 , ...,( 2 1 ) 1 ,0,ii k hN h i l h i m glh i n?? ??? ? ? ? ??? ????? 沈陽航空學院學士學位論文 33 （ ） 由此，可以得到求解蛇形機器人抬頭運動動力學的總表達式為： 2()( 2( ) 1 ) ( 1 ) 1 , ... ,0ri ri riiL ag ra ng e i kN h i l h i mgl i k hh i n???????? ? ? ? ? ? ? ??? ??? （ ） 該方法使靜止部分 單元的關節(jié)力矩很不均勻，個別關節(jié)力矩較大。 實驗研究：蛇形機器人的最終用途是走向實際，參與各種危險作業(yè)。尤其是對機械制圖細節(jié)方面的認識和了解， 更深刻地體會到機械是一門很嚴謹的學科，不容半點模糊，每一處都得考慮周到，不忽略任何細節(jié)。上面提出的運動學將蛇形機器人的抬頭運動分為靜止階段和運動階段。④側向運動：更確切的說應該叫做斜側運動，是沙漠中響尾蛇的一種 運動方式，在向前運動的同時產生側向運動。而齒輪與軸承之間的定位則如圖 所示通過階梯和固定環(huán)實現(xiàn)定位。 傳動中正齒輪本設計選擇 SSY 正齒輪系列，此系列齒輪的規(guī)格如表 沈陽航空學院學士學位論文 18 表 SSY 系列正齒輪規(guī)格： 從電機軸到大軸要實現(xiàn)的傳動比為 2： 1，而這過程要經過 3 個正齒輪來實現(xiàn)。 電機的選擇 沈陽航空學院學士學位論文 16 電機將選擇 FutabaSS3305。 而耦合驅動是采用合適的機構使原來分別驅動不同自由度的電機共同驅動幾個自由度 ， 充分利用驅動資源 ，從而大大增加了機構的驅動力 。安裝合適的傳感器后，也可以應用蛇形機器人來完成排雷任務。蛇形機器人可以應用到但不僅僅局限在以下各 領域 : 1) 科學探險和狀況檢查 :代替或部分代替人去完成危險環(huán)境中的作業(yè)是研制機器人的主要目的之一。 ACMR3 機器人采用完全無線控制的方式，每個關節(jié)自帶電源。為了減少機器蛇的運動中的摩擦阻力，在機器蛇兩側安裝有從動輪，實現(xiàn)了蛇體的平穩(wěn)游動，增強了蛇形機器人的靈活性和機動性。當然本文并不是研究生物蛇和人類的關系，而是根據蛇的生理結構和運動特點，設計和研究蛇形機器人的結構和運動，是從仿生學的角度出發(fā)研制有利于人類社會的機器人。 mechanism design。 關鍵詞： 蛇形機器人； 機構設計； 耦合驅動； 運動分析；沈陽航空學院學士學位論文 2 Abstract This paper deals with the two degrees of freedom module of snakelike robot. Utilizing the snake (its forms and motion) as a model to develop a snakelike robot. The snakelike robot perform the following functions: It can propel itself over uneven/rough ground and swim in a fluid by using its slender body； It can move across branches or crevasses, because it can tighten its body to make a linematically stable posture by using its long body and highly redundant actuators. In order to apply snakelike robots to the unstructured environment, the researchers have designed many gaits for increasing the adaptability to a variety of surroundings. The twistrelated lootion is an effective gait achieved by jointly driving the pitchingDOF and yawingDOF, with which the snakelike robot can move on rough ground and even climb up some obstacles. The twistrelated lootion function is firstly solved, and simplified to be expressed by sine orcosine function. The 2D lootion such as Vshape and Ushape is achieved. Alsoby applying it to the serpentine lootion or other types of lootion, thesnakelike robot can plete posite lootion that bines the serpentinelootion or others with twistrelated lootion. We extend the twistrelated lootion to 3D space. The experimental results are presented to validate all