新型蛇形机器人蜿蜒运动的动力学分析
轮式蛇形机器人设计及运动探析
轮式蛇形机器人设计及运动探析
赵岩
【期刊名称】《机器人产业》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】本文主要研究了轮式蛇形机器人设计及运动内容,基于机械结构的约束,根据生物蛇蜿蜒运动曲线设计了三连杆轮式蛇形机器人运动模型。
为强化轮式蛇形机器人设计水平,结合具体实验明确对机器人运行速度影响较大的因素。
实验发现最大摆角和相位角是主要影响因素。
采取多组别实验对比,采用表格记录方式分析最佳设计方案。
最终发现,最大摆角为45°、相位角为20°的轮式蛇形机器人运行速度最快。
【总页数】5页(P81-85)
【作者】赵岩
【作者单位】大唐凉山新能源有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
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基于Recurdyn的蛇形机器人的蜿蜒运动仿真
基于Recurdyn的蛇形机器人的蜿蜒运动仿真庞博;邓宏彬【摘要】The snake - like robot composed of nine joints was proposed in this paper. The serpentine locomotion mechanism of snake - like robot was studied, and its moving model was established in the multibody system dynamics simulation software Recurdyn. The joint angle functions of serpentine locomotion were set up. By adding some restrictions for model in Recurdyn and setting moving functions, the simulation was introduced the input of the joint angle function' s influence on the winding movement of the snake - like robot. The simulation results show that the snake - like robot can complete the serpentine locomotion set before.%提出一种由九个关节组成的蛇形机器人,研究了该蛇形机器人的蜿蜒运动机理,在多体系统动力学仿真软件Recurdyn中建立了蛇形机器人的运动模型,并对蜿蜒运动时各关节角函数进行了设置.通过在Recurdyn软件的仿真环境中添加各种驱动,设定运动函数,对关节角函数对蛇形机器人前进速度的影响进行了仿真验证.结果表明,提出的蛇形机器人能够完成预定的蜿蜒运动.【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(030)001【总页数】4页(P95-98)【关键词】蛇形机器人;蜿蜒运动;Recurdyn仿真【作者】庞博;邓宏彬【作者单位】北京理工大学机电学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TP242.6蛇形机器人的冗余度极高，具有多自由度的运动能力，使其可以模仿出生物蛇的多种运动模式，在运动行进过程中蛇形机器人与地面多点甚至线或面接触，运动稳定性好，对地形的适应能力强，在很多领域具有十分广泛的应用前景。
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。
一种蛇形机器人的直线蜿蜒运动规划_刘福朝
Straight Serpentine Locomotion Planning of Snakelike Ｒobot
Liu Fuchao，Li Qing，Li Yanwen
（ Beijing Key Laboratory of High Dynamic Navigation Technology，Institute of Intelligence Control， University of Beijing Information Science ＆ Technology，Beijing 100101 ，China） Abstract： The mechanism of Serpentine locomotion of snakelike robot is studied according to Serpentine locomotion control． The model of snakelike robot is imported in the software of virtual prototyping，the equations of dynamics and is established， the motion curve of snakelike robot is planned， the influence of angle amplitude， phase difference， scaling factor and staticfriction coefficient on its motion curve are analyzed． The results show that it can be ensured the basic stability of snakelike robot by setting the parameters of joint angular function reasonably，and the best straight serpentine locomotion can be realized within a certain range of changing the parameters． At last，every joint torque is given，and a theoretical basis is provided for the driving mechanism and physical prototype． Key words： Snakelike robot； straight serpentine； motion control； trajectory planning 的运动函数实现三个自由度方向的运动 。
蛇形机器人的研究与发展综述
蛇形机器人的研究与发展综述苏 中１，２ 张双彪２ 李兴城２１．北京信息科技大学，北京，１００１０１ ２．北京理工大学，北京，１０００８１摘要：对国内外蛇形机器人进行了研究和分析，将其分为形态研究、运动学和动力学模型、步态控制及稳定性等研究内容，从二维运动和三维运动角度，对研究内容进行了综述、分析和总结。
结合蛇形机器人的结构和运动步态特点，对国内外研制的蛇形机器人进行了分类，最后对蛇形机器人的研究发展进行了展望。
关键词：运动步态；运动学；动力学；控制方法；稳定性中图分类号：ＴＰ２４２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－１３２Ｘ．２０１５．０３．０２２Ｐｒｅｓｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ Ｓｎａｋｅ－ｌｉｋｅ ＲｏｂｏｔｓＳｕ Ｚｈｏｎｇ１，２ Ｚｈａｎｇ Ｓｈｕａｎｇｂｉａｏ２ Ｌｉ Ｘｉｎｇｃｈｅｎｇ２１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１０１２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８１Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｓｎａｋｅ－ｌｉｋｅｓ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ｌｏｃｏｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｙｗｅｒｅ ｍａｄｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｌｏｃｏｍｏｔｉｏｎｓ．Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆｓｎａｋｅ－ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｎａｋｅ－ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔｓ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ ｗａｓ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃｏｍｏｔｉｏｎ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ；ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ收稿日期：２０１４－０２－１１基金项目：国家自然科学基金委员会及香港研究资助局联合科研基金资助项目（６１２６１１６０４９７）；北京市科技计划项目（Ｚ１２１１００００１６１２００７）；北京市教委创新能力提升计划项目（ＰＸＭ２０１３＿０１４２２４＿００００９３）０ 引言随着科技的不断发展，蛇形机器人作为新型可移动的柔性机器人，以其具有多步态运动能力，且能够适应复杂多变的环境的特点，成为机器人领域的一个研究热点。
仿生蛇运动姿态的机器人
仿生蛇形机器人可以应用在地面探查、地下探 查、海底探查、管道敷设和检修、医疗、军用、 服务、娱乐等方面。生物蛇无需驱动足, 仅仅 依靠自身体态的变化就能在障碍物众多、凹凸 不平的环境下行走自如。对于取代人在恶劣的 地面条件下的工作有很大的意义。
国内外研究现状
蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支，至今已有数 十台蛇形机器人样机问世。这些样机能实现蜿蜒爬行、侧滑、 翻滚、避障等二维平面运动，大部分已经具备抬头、爬台阶、 翻越较低障碍等在三维空间中的运动能力。 现在国内外对于蛇类的仿生都有研究，运动形态主要分为蠕 动式和蛇形蜿蜒，但是都存在不足。蠕动式速度较慢且对于 蛇的模仿效果不佳；蛇形蜿蜒大多在机器人地步装轮子帮助 运动，对于蛇皮的模仿存在不足；机器人只能在水泥地等较 为平整的运动，不能适应复杂多变的地形。
研究技术路线
• • • • • • 5、初步估计机器人的基本参数： 质量：2kg 直径：8cm~10cm 长度1m~1.5m 速率：20cm/s~30cm/s 运动自由度：蛇身可以在平面上运动；蛇头可以 在空间上的三个正交上作平动 • 电机选型：功率1.5w左右的直流伺服电机 • 6、初步机身设计
项目亮点
4、机器人的多种运动 可以做到蛇形蜿蜒、翻转、鳗类波动等运动 方式 5、水中的波形游动 模仿鳗类 的全身波形运动
计划安排
• 九月 分析蛇形运动，确定蛇皮材料 • 十月 关节模块设计，硬件电路设计， 软件程 序设计 • 十一月 完成机器人机械结构设和硬件电 路、程序设计 • 十二月 调试改进，增强性能 • 一月 论文
关键技术
4、不同地面的适应 不同地面的摩擦不同，增大电机的功率，改 变蛇身运动角度克服这一问题 5、水中的运动 水中模仿鳗类做波形运动，蛇头控制运动的 方向 6、蛇皮的防水 7、机器人的多种运动样式
2877_仿蛇形机器人蠕动机构的设计(PROE)
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。
基于Recurdyn的蛇形机器人的蜿蜒运动仿真
（ １ ．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈｅ ｂ ｅ ｉ Ｈ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ， ０ ５ ６ ０ ３ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｎ ａ ｋ ｅ—ｌ ｉ ｋ ｅ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ’ Ｓ ｓ ｅ ｒ ｐ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ
ｌ ｏ ｃ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｒｅ ｃ ｕ ｒ ｄ ｙ ｎ
第３ ０卷
第
学
报
（ 自
然
科
学
版）
Ｖ０ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． １
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ３月
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
对 蛇形机 器人前 进速 度 的影 响进 行 了仿 真 验证 。结果表 明 ， 提 出的蛇形机 器人 能 够 完成预 定 的