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基于弹性包络的攀爬蛇形机器人研究，硕士学位论文，说明书共97页。
摘要：
蛇形机器人是一种用途广泛的仿生机器人，具有广阔的发展前景和重大的研究价值，但是其高冗余度、结构复杂的特点使得研究工作有一定难度。本文旨在通过弹性包络思想对攀爬蛇形机器人进行研究，探讨如何获取蛇形机器人攀爬运动的弹性包络规律，为进一步分析和优化蛇形机器人的攀爬运动打下基础。
首先，本文介绍了攀爬蛇形机器人的本体设计，包括整体连接方案、关节模块机械结构、驱动舵机、电池组、外皮、控制板及通信系统等，阐述了攀爬蛇形机器人的设计思路和结构特点，为接下来的理论研究提供了研究对象。
接着，本文将弹性包络思想引入攀爬蛇形机器人的运动学分析中，完成了基于D-H参数法的蛇形机器人运动学建模，并在此基础上对蛇形机器人进行步态生成，然后针对蛇形机器人复杂的螺旋翻滚攀爬运动，提出了新颖的弹性包络思想，最后还详细地介绍了攀爬蛇形机器人弹性包络规律的获取方法，并提出了基于关节模块间隙二值图像表示方法，形象地揭示了蛇形机器人螺旋攀爬运动的规律，为下文的研究工作提供了基础。
然后，为了进一步分析攀爬蛇形机器人的力学模型，本文结合拉格朗日方程对蛇形机器人进行动力学建模，求解关节模块的驱动力，接着将蛇形机器人复杂的动力学问题转化为较为简单的静力学问题，从而使蛇形机器人攀爬力的求解更加简便，并提出了蛇形机器人的安全攀爬系数。本文还通过ADAMS软件进行力学仿真与分析，得到了蛇形机器人螺旋攀爬运动攀爬力、能量消耗与弹性包络规律间的关系。
最后，本文对比攀爬蛇形机器人ADAMS运动学仿真与本体实验结果，验证步态生成的正确性和有效性，并结合实地的攀爬运动实验，揭示了获取良好弹性包络规律对于蛇形机器人攀爬运动的重要作用。
关键词：攀爬蛇形机器人；弹性包络；运动学分析；力学建模与分析；ADAMS仿真

目 录
摘要 I
Abstract II
目录 IV
第一章 绪论 1
11 蛇形机器人的研究意义 1
12 国内外蛇形机器人的研究现状 2
121 国外研究现状 2
122 国内研究现状 6
13 相关技术研究现状 7
131 运动学建模 8
132 动力学建模 8
133 运动控制 8
134 弹性包络 9
14 本文主要研究内容及文章结构安排 9
15 本章小结 10
第二章 攀爬蛇形机器人本体设计及实现 11
21 引言 11
22 现有常见关节连接方式 11
221 正交连接 12
222 P-R连接 12
223 万向连接 13
224 三种连接方式的比较 14
225 蛇形机器人的简易模型 14
23 蛇形机器人的关节模块 15
231 机械结构 15
232 驱动舵机 16
233 电池组 17
234 外皮 17
235 控制板 18
24 蛇形机器人本体的通信系统 19
241 上位机与蛇形机器人的通信 19
242 蛇形机器人关节模块间的通信 20
25 本章小节 20
第三章 基于弹性包络的攀爬蛇形机器人运动学分析 21
31 引言 21
32 蛇形机器人运动学建模 21
321 机器人位置与姿态描述 21
322 机器人空间变换描述 23
323 基于D-H参数法的蛇形机器人运动学建模 25
33 蛇形机器人步态生成 28
331 蜿蜒和行波步态 29
332 弧形翻滚步态 31
333 螺旋翻滚步态 33
34 攀爬蛇形机器人的弹性包络思想 36
341 数学中的包络 37
342 蛇形机器人螺旋翻滚步态中的弹性包络 37
343 攀爬蛇形机器人弹性包络研究的意义 38
35 攀爬蛇形机器人的弹性包络规律 38
351 相对位姿空间建模 39
352 相对空间位姿模型求解 40
353 弹性包络规律的获取 41
36 本章小节 43
第四章 攀爬蛇形机器人力学建模与分析 44
41 引言 44
42 蛇形机器人螺旋攀爬运动力学建模 44
421 攀爬蛇形机器人动力学建模及求解 45
422 攀爬蛇形机器人静力学建模及求解 51
43 蛇形机器人的攀爬力分析 56
431 蛇形机器人的整体攀爬力 56
432 蛇形机器人安全攀爬系数 56
433 攀爬力关联要素分析 57
44 攀爬蛇形机器人力学仿真与分析 58
441 ADAMS仿真软件与模型 58
442 蛇形机器人攀爬运动力学仿真与分析 59
45 本章小结 69
第五章 攀爬蛇形机器人本体运动实验 70
51 引言 70
52 上位机控制软件 70
53 运动实验 71
531 蜿蜒与行波步态验证 71
532 弧形翻滚步态验证 73
533 螺旋翻滚步态验证 75
534 螺旋翻滚攀爬运动实验与弹性包络规律 77
54 本章小结 79
总结与展望 80
参考文献 82
攻读硕士学位期间取得的研究成果 86