第1章 绪论 1
1.1 应用背景与意义 1
1.2 研究现状 2
1.2.1 国外蛇形机器人 2
1.2.2 国内蛇形机器人 6
1.2.3 蛇形机器人分类 9
1.2.4 理论研究 10
1.2.5 蛇形机器人研究现状分析 13
1.3 关键技术 15
参考文献 17
第2章 仿生蛇形机器人的结构设计 20
2.1 机器人结构设计思想 20
2.1.1 生物蛇的身体结构分析 21
2.1.2 生物蛇的运动形式分析 22
2.2 机器人结构设计方案 24
2.2.1 移动机构方案 24
2.2.2 躯干关节设计方案 25
2.2.3 分体结构设计方案 26
2.2.4 变形结构设计方案 27
2.2.5 机器人驱动方案 29
2.3 UG软件介绍 30
2.3.1 UG软件的技术特点 31
2.3.2 UGCAD主要功能模块 31
2.4 机器人整体结构设计 34
2.4.1 头、尾结构设计 34
2.4.2 躯干关节结构设计 34
2.4.3 分体结构设计 35
2.4.4 变形结构设计 36
2.4.5 整体结构装配 37
参考文献 38
第3章 仿生蛇形机器人建模与控制 39
3.1 形态学模型 39
3.1.1 二维形态学模型 39
3.1.2 三维形态学模型 42
3.2 连杆结构的运动学模型 45
3.2.1 二维运动模型 45
3.2.2 三维运动学模型 46
3.3 动力学模型 49
3.3.1 常见的动力学建模方法 49
3.3.2 蛇形机器人动力学模型 51
3.4 运动控制方法 54
3.4.1 基于动力学的解耦控制方法 54
3.4.2 基于CPG理论的运动控制方法 58
3.5 运动联合仿真技术 63
3.5.1 ADAMS软件介绍 64
3.5.2 Matlab/Simulink软件介绍 65
3.5.3 虚拟样机动力学与控制集成仿真系统 66
3.5.4 蛇形机器人多运动步态仿真 68
参考文献 73
第4章 仿生蛇形机器人SLAM技术 74
4.1 概述 75
4.2 搜救机器人数学模型 78
4.3 SLAM基本原理与常用方法 82
4.3.1 SLAM问题的建模 83
4.3.2 基于扩展卡尔曼滤波器的SLAM 84
4.3.3 基于粒子滤波器的SLAM 86
4.4 基于激光测距仪的MiniSLAM算法 89
4.4.1 MiniSLAM模型 90
4.4.2 MiniSLAM算法 91
4.5 仿生蛇形机器人在SLAM中的技术应用 94
4.5.1 结构环境下SLAM试验 94
4.5.2 模拟灾难搜救环境SLAM试验 95
参考文献 96
第5章 仿生蛇形机器人路径规划 97
5.1 路径规划算法的研究现状 97
5.1.1 路径规划算法分类 97
5.1.2 最优路径评价标准 98
5.1.3 路径规划算法 98
5.2 搜救机器人路径规划算法研究 106
5.2.1 A算法 106
5.2.2 蚁群算法 111
5.2.3 融合算法 115
5.2.4 案例分析 120
5.3 改进的A算法 125
5.3.1 复杂路况能量耗费仿真与结果分析 126
5.3.2 多关节机器人角度约束仿真与结果分析 127
5.3.3 案例分析 128
参考文献 130
第6章 复合织物电子皮肤技术 131
6.1 导电材料 131
6.1.1 聚苯胺的导电机理 131
6.1.2 聚苯胺复合织物的应用 133
6.2 原位聚合法制备聚苯胺／纯棉复合织物 136
6.2.1 实验部分 136
6.2.2 结果与讨论 138
6.3 聚苯胺／纯棉复合织物的应用性能研究 144
6.3.1 聚苯胺复合织物的制备 144
6.3.2 撕破强力测试仪器及测试标准 144
6.3.3 “开关”性质 144
6.3.4 抗菌测试方法 145
6.4 复合织物电子皮肤技术与工艺研究 145
6.4.1 皮肤特性分析 146
6.4.2 裸线织物电路板设计 153
6.4.3 感知皮肤制作工艺 155
参考文献 157
第7章 仿生蛇形机器人系统集成 159
7.1 系统总体设计 159
7.1.1 控制系统总体方案 159
7.1.2 通信方式 159
7.1.3 能源供给方式 161
7.2 硬件设计 162
7.2.1 主控制系统 162
7.2.2 惯性导航定位模块 162
7.2.3 运动控制器 165
7.2.4 环境感知模块 166
7.2.5 通信模块 166
7.3 软件设计 169
7.3.1 C＃介绍 169
7.3.2 人机交互APP设计 170
7.3.3 数据通信软件 173
7.3.4 路径规划仿真软件 177
7.4 仿生蛇形机器人功能试验 178
参考文献 180
第8章 仿生蛇形机器人技术的应用 181
8.1 多自由度机械臂 181
8.1.1 工业方面 181
8.1.2 医疗方面 182
8.2 自主导航技术 183
8.2.1 无人车 184
8.2.2 AUV 184
8.2.3 UAV 185
8.3 仿生智能弹药 187
8.4 环境检测 188
8.5 家庭服务型机器人 190
8.6 新型智能装备 191
8.6.1 智能外骨骼 191
8.6.2 行人航位推算 192
参考文献 192