蛇形机器人是一种用途广泛的仿生机器人,具有广阔的发展前景和重大的研究价值,但是其高冗余度、结构复杂的特点使得研究工作有一定难度。本文旨在通过旋量理论对于蛇形机器人的建模进行研究,建立数学模型,为蛇形机器人的进一步研究打下基础。首先,本文介绍了所研究的蛇形机器人,包括关节间连接方式、模块结构、舵机选型、电源系统、控制系统等。阐述了本文所研究的蛇形机器人的设计思路和结构特点,为接下来的理论建模研究提供了研究对象。接着,本文将旋量理论引入了蛇形机器人的运动学分析中,根据蛇形机器人的特点建立了基坐标系与工具坐标系,建立了蛇形机器人正运动学指数积方程,基于此分析了旋量理论与D-H方法的联系并采用了遗传模拟退火算法求取蛇型机器人的逆解。接下来,在之前的工作基础上,进一步基于旋量理论对蛇形机器人的速度和加速度进行了分析,求解了蛇形机器人的雅可比矩阵与海森矩阵,并且使用ADAMS和MATLAB仿真软件验证了模型的正确性。然后,为了进一步研究机器人的运动特性,本文结合凯恩方法与旋量理论定义了合适的主动力旋量、惯性力旋量、偏速度旋量、广义主动力以及广义惯性力等参数,建立了蛇形机器人的凯恩动力学方程。本文还简要介绍了基于控制函数的步态生成方法,并在ADAMS下进行了蛇形机器人运动过程中的动力学仿真,在几种常见的步态中选取具有代表性的关节进行了力矩分析,为机器人的工程改进提供了依据。最后,本文使用实际的样机进行了蛇形机器人运动实验,分析了当以不同步态运行时,控制函数的各个参数对于蛇形机器人运动形态的影响。同时,在ADAMS下建立了一致的模型进行了仿真运动,对实际运动和仿真运动进行了对比,验证了正交关节蛇形机器人设计的正确形和有效性。