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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SLAM84

4.3.3 基于粒子滤波器的SLAM86

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 AUV184

8.2.3 UAV185

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