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。本文旨在通过弹性包络思想对攀爬蛇形机器人进行研究,探讨如何获取蛇形机器人攀爬运动的弹性包络规律,为进一步分析和优化蛇形机器人的攀爬运动打下基础。首先,本文介绍了攀爬蛇形机器人的本体设计,包括整体连接方案、关节模块机械结构、驱动舵机、电池组、外皮、控制板及通信系统等,阐述了攀爬蛇形机器人的设计思路和结构特点,为接下来的理论研究提供了研究对象。接着,本文将弹性包络思想引入攀爬蛇形机器人的运动学分析中,完成了基于D-H参数法的蛇形机器人运动学建模,并在此基础上对蛇形机器人进行步态生成,然后针对蛇形机器人复杂的螺旋翻滚攀爬运动,提出了新颖的弹性包络思想,最后还详细地介绍了攀爬蛇形机器人弹性包络规律的获取方法,并提出了基于关节模块间隙二值图像表示方法,形象地揭示了蛇形机器人螺旋攀爬运动的规律,为下文的研究工作提供了基础。然后,为了进一步分析攀爬蛇形机器人的力学模型,本文结合拉格朗日方程对蛇形机器人进行动力学建模,求解关节模块的驱动力,接着将蛇形机器人复杂的动力学问题转化为较为简单的静力学问题,从而使蛇形机器人攀爬力的求解更加简便,并提出了蛇形机器人的安全攀爬系数。本文还通过ADAMS软件进行力学仿真与分析,得到了蛇形机器人螺旋攀爬运动攀爬力、能量消耗与弹性包络规律间的关系。最后,本文对比攀爬蛇形机器人ADAMS运动学仿真与本体实验结果,验证步态生成的正确性和有效性,并结合实地的攀爬运动实验,揭示了获取良好弹性包络规律对于蛇形机器人攀爬运动的重要作用。