2025【仿生蛇机器人的结构设计18000字】.docx

仿生蛇机器人的结构设计

目录

TOC\o1-2\h\u21783摘要 1

10602第一章绪论 2

213271.1选题背景及意义 2

248181.2国内外研究概况 4

220831.3发展前景 7

69321.4本文研究内容 8

81951.5本章小结 9

4609第二章总体方案与传动方案的分析与设计 10

22652.1生物蛇身体结构的分析 10

41712.2生物蛇运动方式分析 10

324372.3总体方案分析与设计 11

28542.4关节模块的设计原理 13

278972.5传动方案的初步设计 13

182992.6本章小结 14

14258第三章驱动方式的选择及型号的确定 15

104423.1驱动方式的选择 15

34503.2电机型号的确定 16

327543.3本章小结 19

11678第四章齿轮的设计与校核 20

85304.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 20

277064.2按齿面接触疲劳强度设计 20

12544.3按齿根弯曲疲劳强度设计 23

195594.4几何尺寸的计算 26

21194.5强度校核 27

22264.6本章小结 28

27066第五章轴的设计与校核 29

257195.1轴的设计 29

32525.2轴的校核 32

135185.3轴上零件的校核 33

234215.4本章小结 33

17966第六章其他零部件的选取及设计 34

304166.1轴承的选取 35

112596.2万向节的结构设计 39

111886.3蛇身壳体的设计 39

126876.4连接部分的选择 40

104616.5本章小结 40

8321参考文献 40

摘要

仿生学是集生物科学和工程技术于一体的一种综合学科，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，仿生学在很多领域都取得了丰富的成果。本说明书主要对仿生蛇机器人进行了一些基本的研究。文中对存在于自然界中的生物蛇的身体构造和运动方式进行了研究。通过对生物蛇的身体结构的分析，本次方案采用了关节模块化的设计思想，将该机人分成4个模块，每个模块采用相同的结构，通过联接，最终可组成一个高冗余度的结构体。通过对生物蛇的蜿蜒蠕动爬行的模仿来构成其运动方式，最终呈现的运动轨迹为“s”形。为了顺利的完成这种运动，将两个舵机的放置形式设置成相互垂直，这样可以使得，当一个单元进行水平方向的横摆运动时，另一个也可以进行垂直方向的抬起运动。两个单元之间通过万向节进行连接组合，同时万向节也可以控制转向。本次设计的创新点可以体现在万向节的结构设计上，在结构允许的情况下，尽量使机器人变得更轻、更小，运动更加的智能化。

关键词：仿生蛇；结构设计；运动规划；关节模块化；蜿蜒蠕动；万向节

第一章绪论

1.1选题背景及意义

大自然不仅仅赋予人类生命和丰富的自然资源，而且其丰富的生命形态给予了人类无穷无尽的启迪，让人们充分地利用自然和改造自然。这些启迪加上人类的聪明才智使科学技术不断进步，推动人类社会发展。动物的进化过程是个适者生存，劣者淘汰的过程，现存在世的各种动物均有其在某一方面的特殊能力，而得以在进化的过程中保留[1]。从小鸟的展翅飞翔，到形状各异的风筝，还有后来更为先进的飞机。从蝙蝠的夜间疾飞到当今军事和民航上至关重要的雷达系统，都充分体现了研究生物系统对科学技术发展的重大贡献。模仿和探索大自然中生物的运动和功能，理解和获取有利的运动和控制原理，促使了仿生学的出现和发展。

仿生学是20世纪60年代出现的一门综合性边缘学科，它由生命科学和工程技术科学相互渗透、相互结合而成。可以说仿生学的研究对科学技术和社会的发展起着举足轻重的作用。就比如说，人们是通过研究苍蝇后翅的平衡棒的功能才发明了保持飞机和火箭上平衡性的振动陀螺仪；通过研究蝙蝠在捕捉食物的过程发明了雷达；人们还通过研究鸟类的身体构造才发明了飞机等等。仿生系统以其能体现和再现生命特征成为现代研究的重点课题。生命系统的自主运动和适应能力的物理实现不仅能够把人从繁重、危险、单调乏味的工作环境中解脱出来，而且能够代替人在危险场合完成复杂作业。仿生学将生命原理应用到工程系统的研究和设计中，尤其对当今日益发展的机器人学科起到了巨大的推动作用，促进了仿生机器人领域的蓬勃发展。

随着科技的不断进步、社会的不断发展以及人们对美好生活的不断追求，越来越多仿生机器人出现在我们的生活中。工业器人、服务机器人、安保机器人等不同类型的机器人开始出现在医疗、