一種新型蛇形機器人的機構研究與設計

柳炳琦，任米鑫，鄭瑞，唐羽峰

（成都大學，四川 成都 610106）

0 引 言

蛇形機器人在無損檢測、軍事探測、醫療救護和航空航天等領域取得了長足的發展，在保障國家安全、推動經濟發展和技術進步方面發揮著至關重要的作用。蛇形機器人因具有體積小、自由度高、適應性強等特征，適合應用于復雜的工作環境中。

縱觀國內外研究現狀，蛇形機器人因具有在空間范圍內運動的能力而成為研究熱點。許多學者研究的蛇形機器人存在三維空間運動能力弱的問題，導致蛇形機器人出現運動能力差、結構不穩定的情況。鑒于此，本文提出并設計一種新型蛇形機器人機構，通過合理的機構設計，減小了蛇形機器人結構的復雜性，為系統后期的維護提供便利。通過仿真實驗充分驗證了該蛇形機器人機構設計的合理性，達到了預期效果。

1 機構系統方案設計

蛇形機器人的機械系統由蛇身關節、蛇頭關節和蛇尾關節組成。通過分析生物蛇的運動方式（蜿蜒運動、收縮運動、斜側運動等）和骨骼構造，采用SolidWorks 三維設計軟件對蛇形機器人的整體機構進行設計。要使蛇形機器人像生物蛇一樣具有豐富的運動步態，蛇身具有盡可能大的自由度是關鍵。蛇形機器人是基于摩擦的原理進行運動的，所以蛇身的長度決定了蛇形機器人運動的性質，而要想蛇形機器人的長度能夠改變，蛇形機器人應該具備可以更改長度的能力。所以選用可重構式的結構，這樣的結構更加簡單和方便，控制起來也不復雜，蛇身的總長度由單節蛇身的長度和蛇身的節數共同決定，整體設計圖如圖1所示。……