2.6 蛇形机器人控制电路设计 13

2.7 本章小结 15

第三章  控制系统的软件编程及仿真 16

3.1 上、下位机程序 16

3.2 Serpenoid曲线的分析 18

3.3 蛇形机器人运动方式的实现 19

3.3.1 蜿蜒运动 19

3.3.2 伸缩运动 20

3.3.3 蜿蜒运动的MATLAB仿真 22

3.4 本章小结 23

结语 25

致谢 26

参考文献 27

附录一  上位机程序 29

附录二  下位机程序 32

附录三  蜿蜒运动的MATLAB仿真程序 38

第一章  绪论

1.1 课题研究背景

随着机器人应用领域的不断扩大和操作任务的复杂多变，结构化环境下的定点作业已不能满足人类的需求，要求机器人能够完成更加复杂危险的任务。蛇形机器人能够完成像蛇一样的无肢运动，蛇形机器人体型较小，重心位置很低，运动方式灵活多变，环境适应能力好，具有良好的稳定性等优点，非常适于在复杂环境和狭小空间中工作，它可以充当清洗机器人，完成一些管道的清洗。当蛇形机器人技术成熟的时候可以使用蛇形机器人代替人在一些危险场合进行作业，如在核设施中检测是否有泄漏的危险品；当火灾发生时代替消防员进入最危险的地方进行灭火和人员的搜救。当地震或飓风发生时，倒塌的建筑会把许多无辜的人们埋在其中，通过专家的研究表明最黄金的搜救时间只有72小时，但是由于到处是废墟，成堆的石块、钢铁或其他材料会阻碍救援犬和携带生命探测仪的搜救者确定被困者的位置。这个时候可以利用蛇形机器人在坍塌的建筑物中前行，利用自身携带的生命探测仪对幸存者的进行快速定位，之后救援人员可以有目的的进行救援。随着人们探索的领域的延伸，蛇形机器人也可应用到深海探险，火山的研究，星际的探索当中。

最重要的是蛇形机器人有着极其重要的军事价值。在战争爆发的时候可以让其携带摄像头和监听设备潜入敌方的据点进行侦查或者是携带炸药使其潜入敌方的据点实施破坏活动；在一些地形复杂的场合可以把蛇形机器人作为战场的运输工具，把炸药或侦察器送到不同的指定地点；在正面战场上可以利用其姿态低，正面轮廓小的特点，使用蛇形机器人携带弹头像鱼雷一样攻击敌人；由于蛇形机器人由多个关节组成，有利于进行模块化设计安装，可以很方便的拆卸、组装，因此适合作为空降兵和特种部队的特殊装备。

正因为蛇形机器人有着如此广泛的应用前景，所以对蛇形机器人的研究是非常有必要的。

1.2 蛇形机器人的国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文的主要研究内容

   本文主要针对蛇形机器人的控制系统做了相应的研究和设计。

    论文的第二章中，首先比较相关驱动方式，选择舵机驱动，并对舵机作了介绍。对蛇形机器人的运动机理进行了研究学习，对波峰的产生阶段、波峰的传递过渡阶段和波峰的传递阶段进行了介绍。然后，针对相关控制方案的研究现状，选择了单片机作为蛇形机器人的控制器并确定其型号为AT89C51。接着比较两种控制方式，考虑同控制系统结构的复杂性，选择分布式控制方式。介绍了串行通信。选定相关元器件并对AT89C51，SP2338芯片作了相关了解，完成电路设计，绘制出了电路图。