随着科技的不断发展和进步,机器人技术也得以飞速发展。各种类型的机器人在多个领域得到广泛应用。当代机器人不只是简单帮助人类完成繁重、重复的劳动,而是更多的被应用到未知环境下自主作业,由于传统的机器人很难适应多变的环境,关于仿生机器人的研究越来越多。蛇形机器人是仿生学的一个重要分支,因其运动灵活且能应用于多种不同的环境,使蛇形机器人的研究一度成为国内外学者研究的热点,并取得了一系列研究成果。本学位论文首先对生物蛇的结构进行了研究,包括生物蛇骨骼系统组成、主要运动器官及部分骨骼的形状及骨骼之间连接方式,并结合生物蛇身体结构分析其典型运动方式及机理。在对生物蛇骨骼结构有充分认识的基础上,借鉴生物蛇骨骼连接方式,运用模块设计理念对基于四边形机构的蛇形机器人进行了结构设计。设计了一种仿生物蛇肋骨的外壳,可使蛇形机器人运动更为平稳。重点设计了一种使蛇形机器人实现俯仰运动的四边形机构。其次,对基于四边形机构的蛇形机器人典型运动方式进行了分析。借助Serpenoid曲线对其平面运动进行了轨迹规划,利用MATLAB对其平面运动轨迹进行仿真,并求出相应运动状态下相邻模块的夹角。最后,利用D-H法对基于四边形机构的蛇形机器人进行了运动学建模,利用ADAMS对所设计的四边形机构进行运动仿真,求出了单个模块的俯仰范围,对基于四边形机构的蛇形机器人两种抬头方案进行了计算、比较,进而详细介绍了其越障过程。