仿生蛇的设计及其运动仿真

摘要

仿生学是生物科学与工程技术相结合的一门综合学科，通过学习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制，来改进现有的或创造新的机械和仪器系统等，仿生学已经延伸到很多领域并取得了丰富的成果。本文主要对仿生蛇进行了研究。
　　文中首先对自然界生物蛇的身体结构和运动形式进行了分析，介绍了蛇类的骨架结构和鳞片功能，并对蛇类常见的四种运动形式进行了分析。
　　根据生物蛇骨架抽象出的模型设计出了一种正交的仿生蛇关节结构，在该结构中，电机分别固定在相邻的关节上，通过电机轴旋转使相邻关节相对转动。由于采用正交结构，该仿生蛇可以实现生物蛇常见的蜿蜒运动、蠕动、侧向运动、抬头运动，并可以实现生物蛇难以实现的翻滚运动。对仿生蛇的头部关节进行了设计，设计了一种可以实现夹紧功能的头部关节结构。
　　对仿生蛇的蜿蜒运动、蠕动、翻滚运动、侧向运动做了运动规划，得出了实现相关运动形式所需的关节角度时间函数；对抬头运动进行了规划，通过力矩计算得出了一种所需力矩较小的抬头方式；建立了仿生蛇的一种带有PC机和无线传输的支持普通串行通信的单片机分层控制系统，并对控制系统的各个层面进行了分析。
　　运用ADAMS仿真软件对仿生蛇的上述五种运动形式进行了运动学和动力学仿真。经过运动学仿真，验证了各种运动规划的合理性，得出了仿真动画和蛇体的运动轨迹；通过动力学仿真，得出了实现相关运动时关节所需的最大力矩，验证了电机是可以实现仿生蛇的相关运动形式的。

目录

仿生蛇的设计及其运动仿真

THE DESIGN AND MOTION SIMULATION OF BIONIC SNAKE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 仿生蛇的结构设计

2.1 蛇的身体结构及运动形式分析

2.2 生物蛇骨架模型的抽象

2.3 驱动方案的选择和比较

2.4 仿生蛇的总体设计

2.5 本章小结

第3章 仿生蛇的运动规划及控制系统

3.1 仿生蛇的运动规划

3.2 仿生蛇的控制系统

3.3 本章小结

第4章 仿生蛇的运动仿真研究

4.1 蜿蜒运动的仿真研究

4.2 蠕动的仿真研究

4.3 翻滚运动的仿真研究

4.4 侧向运动的仿真研究

4.5 抬头运动的仿真研究

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢