蛇形机器人的研究与发展
蛇形机器人论文
上海电力学院本科毕业设计（论文）题目：仿生机器蛇的设计与仿真院系：电力与自动化工程学院专业年级：测控技术与仪器学生姓名：学号：指导教师：【摘要】在仿生机械学中，模仿生物蛇而衍生的机器蛇将逐渐具备灵活的变形特征。
具有多于确定机器人空间位置和姿态所需的自由度，使得它可摹仿生物蛇的运动状态，在许多的领域具有广泛的应用前景。
本文提出了一种类似正弦波形的7关节三动杆蛇形机器人结构，并对该机器人的步态进行了分析，对其前进的方式进行了数学建模设计，最后使用软件ADAMS2007进行运动的计算机建模和模拟仿真，通过仿真，验证了模型的步态过程与端点的轨迹曲线。
为该蛇形机器人在具体设计制造前提供了理论和仿真。
关键词：蛇形机器人；运动模拟；ADAMS建模仿真【Abstract】In simulation mechanics, snake-machine which derives from simulating biological snakes becomes more and more flexible. Snake-machine is a highly redundant robot which has more freedoms which is needed in space location and gestures than definite robot, thus it can simulate the movement of snake and has a better prospect: for example it can execute investigation missions、mine sweeping and searching. The variation of movement makes it has a better ability of adaption, every joint derived separately, it has a strong load capacity and easy maintenance. This article provides a structure of sinusoidal seven joints snake-machine, and gives a conclusion by using the software ADAMS2007 to execute the modeling of motion and simulation. This snake-machine gives theory and simulation before specific design and manufacturing.Key Words:Snake-like robot；Motion simulation；ADAMS Modeling and Simulation目录1 绪论.......................................................... - 1 -1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2仿生机器蛇的研究现状及发展 (1)1.2.1 国外研究现状......................................... - 1 -1.2.2 国内研究现状......................................... - 5 -1.3蛇的运动方式. (6)1.4本文的研究内容 (7)2 仿生机器蛇的运动分析及步态研究................................ - 9 -2.1引言 (9)2.2仿生机器蛇运动模型 (9)2.2.1 仿生机器蛇的侧向运动模型.............................. - 9 -2.2.2 仿生机器蛇的蠕动运动模型............................. - 10 -2.3仿生机器蛇的步态研究. (11)2.3.1 仿生机器蛇的模型结构设计............................. - 11 -2.3.2 仿生机器蛇的步态研究................................. - 11 -2.3.2 仿生机器蛇的步态与位移分析........................... - 12 -2.3.3 仿生机器蛇各连杆间的相对角位移....................... - 14 -2.3.4 仿生机器蛇设计....................................... - 14 -2.4本章小结. (16)3 仿生机器蛇的ADAMS仿真....................................... - 17 -3.1ADAMS软件介绍 (17)3.2仿生机器蛇的ADAMS仿真流程 (18)3.3仿生机器蛇的ADAMS仿真模型参数 (19)3.4仿生机器蛇的ADAMS仿真结果分析与验证 (21)3.5本章小结 (27)4 总结......................................................... - 28 -4.1结论 (28)4.2展望 (28)致谢........................................................... - 29 -参考文献....................................................... - 30 -附录........................................................... - 31 -附录1：ADAMS中的STEP和IF函数及方形波函数 (31)附录2：ADAMS中的约束关系 (33)附录3：万向节 (34)1 绪论1.1 课题研究的背景及意义蛇的生存环境是非常多样化的：森林、沙漠、山地、石堆、草丛、沼泽甚至湖泊。
轻型蛇形机器人系统设计及分段运动规划策略
2023-11-07CATALOGUE目录•引言•轻型蛇形机器人系统设计•分段运动规划策略•实验与分析•结论与展望•参考文献01引言背景随着科技的发展，机器人技术在军事、救援、工业等领域的应用越来越广泛，而蛇形机器人作为机器人技术的前沿领域，具有很大的研究价值和发展潜力。
意义轻型蛇形机器人作为一种灵活、适应性强、可实现复杂运动的机器人，在复杂环境下的应用具有不可替代的作用，对于推动机器人技术的发展具有重要的意义。
研究背景与意义现状目前，国内外对于蛇形机器人的研究已经取得了一定的成果，一些蛇形机器人已经实现了自主运动和复杂环境的适应，但还存在一些问题，如机器人的运动速度和稳定性不足，运动规划和控制方法不够完善等。
发展未来的蛇形机器人将向着更轻便、更灵活、更智能的方向发展，同时，随着人工智能和机器学习技术的发展，蛇形机器人的智能化程度也将得到进一步提高。
研究现状与发展•目的：本课题旨在设计一种轻型蛇形机器人系统，实现机器人在复杂环境下的灵活运动和适应，同时研究分段运动规划策略，提高机器人的运动速度和稳定性，为进一步推动蛇形机器人的应用和发展提供技术支持。
研究目的与任务研究目的与任务任务1. 设计轻型蛇形机器人系统，包括机械结构、控制系统、感知系统等部分；2. 研究分段运动规划策略，根据环境变化和任务需求，实现机器人的自适应运动规划；研究目的与任务3. 实现机器人的自主运动和环境适应，包括地形跟随、障碍物避让等功能；4. 通过实验验证机器人的性能和分段运动规划策略的有效性。
02轻型蛇形机器人系统设计机器人系统概述机器人系统组成轻型蛇形机器人系统由机械结构、控制系统、传感器系统和分段运动规划策略等组成。
机器人工作原理通过控制系统驱动机械结构实现弯曲和伸展，传感器系统实时监测机器人姿态和位置，分段运动规划策略控制机器人实现复杂环境下的运动。
采用高弹性、轻质、耐腐蚀的柔性材料制作蛇形机器人的身体，实现灵活的弯曲和伸展。
一类蛇形机器人系统的运动学分析.
一类蛇形机器人系统的运动学分析¹黄恒 º颜国正 »丁国清高志军(上海交通大学信息检测技术及仪器系上海 200030摘要针对复杂、人力所不能及的作业环境 , 提出一种仿蛇类生物的蛇形机器人。
这种多关节机器人采取了自然界中蛇的形体及运动特点 , 通过各部分协调运动从而实现机器人的整体运动。
分析了机器人运动学模型 , 建立其运动学方程 , 并对机器人控制过程中的奇异状态问题进行了讨论。
关键词蛇形机器人 , 仿生学0 引言针对障碍物众多、凹凸不平等非结构环境 , 研究人员提出了仿蚯蚓、蛇类生物的多关节、多自由度仿生机器人。
同时伴随着仿生技术、计算机技术和控制技术的发展 , 为仿蛇类生物的多关节、多自由度机器人研究 , 特别在其体态运动控制的原理、系统构成、控制算法等方面的研究提供了强有力的支持 , 并取得了一些成果 [1-3]。
蛇类动物能够在极不规则的环境下运动 , 可以爬坡、跨越沟道、攀援等等 , 也能够在松软的沼泽或沙漠中运动 , 还能够通过蜿蜒曲折的狭窄的通道。
因此仿蛇机器人的研究得到了国际机器人领域的高度重视。
据报道 , 日本东京工业大学 Shigeo H-i rose [4]比较早的在这方面开展了一些研究工作 , 并研制了一系列的关节式机器人。
本文所研究的蛇形机器人对适应特殊环境机器人的实现有很大意义。
1 蛇形机器人的平面运动学方程研制的蛇形机器人如图 1所示。
当机器人在平面上移动时 , 它的简化系统模型描述如图 2所示 (图中只画出前3节 ,讨论中则针对图 1 蛇形机器人的实物图片高技术通讯 2002. 05¹º»联系人。
(收稿日期 :2001-03-16; 修订日期 :2001-06-20 男 , 1974年生 , 硕士 ; 研究方向 :机器人。
上海市曙光计划 (98SG18 资助项目。
具有 n 节的一般系统。
值得说明的是 , 本文所设计的蛇形机器人的轮足不是驱动轮 , 只具有滚动的功能 , 用以减小与接触面的摩擦力。
机械蛇论文——精选推荐
机械蛇的世界关键词：机械蛇研究现状成果这个学期我选了机械创新设计的课程，这门课主要研究的是机械蛇，以前从来没有看到过机械蛇，第一次见到他们真的很惊讶很好奇，就那么几个部件连接起来就可以执行很多动作，完全被他的奥妙所吸引。
我们接下来与机械蛇的接触让我学到很多东西。
也让我初步认识了机械人领域的一些东西。
首先我们先了解机械蛇，即蛇形机器人的研究现状，机器人的移动方式主要有轮、腿、履带和无肢运动等。
蛇形机器人的运动方式是典型的无肢运动。
它主要是由舵机和单片机组成，我们可以拆开看它的内部结构和舵机的运行情况，和单片机的结构电路图，这些都让我们对机械蛇有了初步的了解，认识到了这个神奇的小家伙。
其次我们还知道了机械蛇的控制系统，无限发射器和接收器，每个无限发射和接受设备都是彼此相对应，这样就像对讲机一样每个都是对应自己的频率，这样才不会有彼此干扰的现象。
再者我们还学习到了，机械蛇的控制软件，他的编程、调试、下载、运行等，它与电脑软件的连接控制等很多知识。
编程可以说是对我们最难的一步，我们从没有运用过C语言等编程语言来真正的编制一个运行程序，这个里面有很多的知识我们已经忘记了，但是这次的实验让我们温习了一下编程语言的知识，也让我们学会了怎么应用已经学到的知识，但是总体来说我们做的还是很不够，以后要多多应用这些知识到实际。
最后让我最有感触的最多的就是机械蛇的应用。
机器蛇主要在恶劣的环境中执行人或其它机械无法或不能够顺利完成的工作。
在错综复杂的废墟中搜索和营救，在崎岖的狭道中穿行，极易使其受损或受伤，其中驱动器失效最为普遍。
再者在室外工作时(比如野外探险，外星球勘察，废墟营救等)，机器蛇由较少的驱动器来驱动可以大大减少机器蛇的重量，降低能量消耗，在固定能耗下延长工作时间，还可以减小体积，提高其运动灵活性，扩大其相对活动空间。
机械蛇的前景很好，一定会有很多用途。
通过这门机械创新设计课程让我真正的认识了机械蛇，也让我了解了这个领域的现状，国外在蛇形机器人方面进行了大量的研究工作。
关于蛇形机器人结构运动及控制的研究
关于蛇形机器人结构运动及控制的研究蛇形机器人是一种模仿蛇形动态运动特性的机器人。
由于蛇形机器人的结构与运动方式与传统的机器人有所不同，因此对于蛇形机器人的结构、运动以及控制的研究具有重要意义。
首先，蛇形机器人的结构设计是研究的关键。
蛇形机器人通常由多个连续关节组成，每个关节都可以相对于前一个关节弯曲并展开。
通过控制关节的弯曲和展开，蛇形机器人可以模拟蛇身的曲线形状。
为了实现这种结构，研究人员通常采用柔性材料制作机器人的关节，以实现关节的变形。
此外，关节之间的连杆也需要适应关节变形的能力，这需要考虑到关节与连杆之间的连接方式及材料选择。
然后，蛇形机器人的运动特性也是研究的重点之一、蛇形机器人的运动是通过关节的协调运动实现的。
研究人员通过研究蛇类的运动方式，探索了不同的运动模式。
其中，波浪式运动是常见的一种模式，即蛇形机器人从头部到尾部依次弯曲并展开，形成像蛇一样的波浪形状。
此外，还有一些其他的运动模式，如直线运动、旋转运动等。
研究人员通过研究这些运动模式，探索了不同的运动方法和策略，以实现蛇形机器人的高效运动。
最后，蛇形机器人的控制方法也是蛇形机器人研究的重要内容。
蛇形机器人的控制需要实时控制各个关节的弯曲角度以及关节之间的协作运动。
常用的控制方法包括开环控制和闭环控制。
开环控制是在事先确定好运动序列的情况下，通过一定的控制输入来驱动机器人完成运动。
闭环控制则是在运动过程中通过传感器检测实际运动状态，并与目标运动状态进行比较，通过调整控制输入来实现机器人的运动控制。
研究人员通过模拟和实验，比较不同的控制方法的优缺点，并提出了一些新的控制策略，以提高蛇形机器人的运动性能和控制精度。
综上所述，关于蛇形机器人的结构、运动及控制的研究是一项具有重要意义的研究工作。
通过对蛇形机器人的结构、运动及控制的研究，可以为机器人的设计和应用提供一定的理论基础和实践经验，推动机器人技术的发展和应用。
同时，蛇形机器人的研究还可以为生物学、医学等领域提供一定的借鉴和启示，促进不同学科之间的跨界合作。
蛇形机器人研究综述及在核电中的应用展望
蛇形机器人研究综述及在核电中的应用展望随着科技的飞速发展，机器人已经从最初的简单机械手臂逐渐演变成了具有高度智能化和灵活性的现代工具。
其中，蛇形机器人以其独特的运动方式和适应性引起了广泛关注。
它们像蜿蜒前行的灵蛇，穿梭于狭窄或复杂的环境之中，展现出惊人的机动性和灵活性。
在众多应用领域中，核电行业因其特殊性和对安全性的高要求而成为蛇形机器人展示其才华的舞台。
核电站内部结构复杂，管道密集，常规机器人往往难以进入某些特定区域进行检修或监测。
这时，蛇形机器人的优势便凸显出来：它们能够轻松地穿过狭窄的缝隙，绕过障碍物，到达人员难以直接操作的位置。
然而，蛇形机器人的研究并非一帆风顺。
它们的设计需要考虑到如何在保持灵活性的同时提高负载能力，如何在复杂的三维空间中精确控制运动轨迹，以及如何确保在极端环境下的稳定性和可靠性。
这些问题如同悬在研究者头顶的达摩克利斯之剑，时刻提醒着他们不断探索和完善。
目前，蛇形机器人在核电领域的应用主要集中在设备巡检、故障诊断和维护等方面。
它们装备有高清摄像头和各种传感器，能够捕捉到微小的异常信号，及时发现潜在的安全隐患。
此外，一些蛇形机器人还具备简单的操作功能，可以在不中断核电站运行的情况下完成一些紧急维修任务。
展望未来，随着人工智能技术的进一步发展和材料科学的突破，我们有理由相信蛇形机器人将在核电行业中扮演更加重要的角色。
它们或许能够实现完全自主的操作，甚至与其他机器人或人类工作人员协同作业；它们的感知能力将更加敏锐，能够在第一时间内识别并响应各种复杂情况；它们的结构将更加坚固耐用，能够在高温、高压、强辐射等恶劣条件下长期稳定工作。
当然，这一切的实现都需要我们持续投入研究和创新。
我们需要更深入地理解蛇形机器人的运动机理和控制策略，开发更加高效和智能的算法来指导它们的行动；我们需要探索新型材料和制造工艺来提升它们的性能和降低成本；我们还需要加强跨学科的合作与交流，将不同领域的最新成果融合到蛇形机器人的设计和应用中去。
仿生蛇形机器人设计与应用
声纳与红外感应
仿生蛇形机器人还具备声纳和红外感应功能，能够感知周 围生物和电子设备的存在，为侦察提供更多信息。
目标跟踪与打击
灵活跟踪
凭借其仿生的蛇形结构 ，机器人能够在复杂环 境中实现对移动目标的 跟踪，如车辆、人员等 。
狭小空间救援
仿生蛇形机器人的灵活性和适应性使其能够在狭小的空间中进行 救援，为受灾人员提供及时的援助。
灾害模拟演练
模拟灾害环境
仿生蛇形机器人可以模拟地震、洪水等灾害现场，为救援团队提供 模拟演练的环境。
评估救援能力
通过模拟演练，救援团队可以评估自身的搜救能力和响应速度，为 实际救援提供参考。
培训与教育
超声波传感器
用于测量机器人与周围环境之间的距离，实现机 器人的导航功能。
IMU传感器
用于检测机器人的姿态，帮助机器人保持稳定的 运动状态。
驱动器系统
电机驱动器
用于驱动电机转动，实现机器人的运动。
舵机驱动器
用于驱动舵机转动，控制机器人的姿态和运动方向。
电源系统
电池
为机器人提供电力，一般采用可充电电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
感知系统架构
01
设计感知系统的整体架构，包括传感器数据的采集、处理和传
输。
触觉传感器
02
设计能够模拟蛇的触觉感知的触觉传感器，并开发相应的数据
处理算法。
视觉传感器
03
设计能够模拟蛇的视觉感知的视觉传感器，并开发相应的数据
处理算法。
导航软件设计
1 2
SLAM算法
使用SLAM（同时定位与地图构建）算法实现机 器人的自主导航。
蛇形机器人研究
1.蛇形机器人研究背景仿生学的范围很广，譬如雷达是对蝙蝠超声测距能力的模仿，而机翼使用的防震措施则借鉴了蜻蜓翅膀的结构。
仿生机器人运动学是仿生学的一个很重要的发展。
人类在智慧上超出动物很多，但在特定环境的适应上就要比动物差很多。
虽然人发明了很多的技术弥补了这一不足，但明显可以看到，舰船的灵活性比不上鱼类，飞机的灵活性比不上鸟类甚至昆虫，车辆的地形适应性比不上四条腿的动物。
仿生运动的研究可以弥补我们这方面的不足，对社会产生大的经济效益。
蛇形机器人的研究可以满足一些行业的需求。
蛇形机器人由于其天生的多关节、多自由度，多冗余自由度，可以有多种运动模式，可以满足在复杂环境中搜救、侦查、排除爆炸物等反恐任务；航空航天领域可用其作为行星表面探测器，轨道卫星的柔性手臂；工业上则可应用于多冗余度柔性机械手臂，管道机器人等方面。
2.国内外研究情况分析1）目前国内外对蛇形机器人研究综述近几年来，特别是2000年以来，蛇形仿生机器人正在成为全世界新的研究热点。
其理由有二：首先，仿生机器人学正在机器人领域占有越来越重要的位置，而由于其自身的典型性，蛇形机器人是仿生领域的热点研究方向；其次，运动机理特殊的蛇形机器人有广阔的应用情景，例如战场上的扫雷，爆破，空间站的柔性机械手臂，通过能力很强的行星地表探测器等；且其模块化结构和高冗余度非常适应于条件非常恶劣而又要求高可靠性的战场、外层空间等环境。
国内也已经有单位开展这方面的研究，例如国防科大与中科院沈阳自动化所。
2）国内外研究概况a) 美国宇航局(NASA)的SnakeBotNASA于1999年开始研究多关节的蛇形机器人，计划在其太空计划中用于行星地表探测以及空间站维护工作。
其第一代蛇形机器人如图所示。
它采用相邻正交的串联机构，由中央计算机集中控制。
该机器人能完成蠕动前进，游动前进，翻越简单障碍物等功能。
该蛇形机器人结构简单合理，对目前的蛇形机器人结构产生了很大的影响。
b) 德国Gavin.H S1-S5德国人Gavin.H从约1997年开始从事蛇形机器人的研究工作，到目前为止共设计并制作了S1,S2,S3,S4,S5五代蛇形机器人，图3为S5。
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农机水利
农业与技术
蛇形机器人的研究与发展
谢哲东 张添一
（吉林农业大学工程技术学院，吉林 长春 130118）
摘 要：随着仿生技术的不断进步，机器人领域的不断拓展，仿生机器人的研究逐渐成为各位学者、专家关注的焦点，这也大大扩展了机器人的应用领域。
本文阐述了蛇形机器人应用背景和发展现状，并根据当前国内外的研究现状对其展望了未来的发展趋势。
关键词：蛇形机器人；国内外发展；应用领域；发展趋势
中图分类号：TP24 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032031
引言
随着生物的不断进化，如今的生物都具有很强的运动能力和环境适应能力，这引起许多科学家的注意，而随着仿生学的不断进步，仿生机器人便应运而生。
而生物蛇由于其细长的身体结构及特有的活动方式，具有很强的环境适应能力和在地面稳定运动的特点，在机器人领域中是特有的存在。
它特有的优势使它拥有广阔的发展前景。
身体紧贴地面、降低重心的爬行运动模式使其运动具有较强的稳定性；通过身体的摆动与地面产生摩擦，从而获得前进动力的运动方式具有自主可调控的避障越障的能力；细长的身体和多种运动步态使其可以通过多种崎岖复杂的路段，甚至具有攀爬立柱的运动能力；由于蛇形机器人能够在人类难以到达的未知环境中工作，具有隐蔽性，增加安全系数，减少人力，减少因疲劳所带来的一系列误差等因素，能够把人从繁重、危险、单调乏味的工作环境中解脱出来，代替人完成人类主观想要完成的复杂作业。
因此被广泛应用到军事领域、科学探险、救灾抢险、工业检测等多个领域，具有广泛的应用前景。
军事领域（反恐防暴）：在战场，可以将雷达检测器应用在蛇形机器人身上，通过蛇形机器人的快速运动
已达到迅速扫雷、避雷的作用。
同时，因为蛇形机器人细长的身体结构，在战场或者谍报工作时具有一定的隐蔽性，以达到探测、窃取情报甚至起到定点引爆的工作。
民用领域（救灾抢险）：因为蛇形机器人具有超强的环境适应能力，所以可以在一定恶劣的环境，例如：毒气、粉尘、辐射、高温，低温等条件下仍然具有很强的工作执行能力；在灾后废墟中抢救、寻找幸存者能发挥巨大的高效作用。
工业领域（检测）：可对地下管道进行故障勘探，查出堵塞点，甚至可以疏通堵塞管道。
其他领域：在太空中对航天器等外部零件的维修作业；对未探索，具有一定危险系数的星球进行地质勘探发送资料和影像，提高工作人员的安全效率。
1
蛇形机器人国内外的发展现状
1.1 国外的研究
1972年由日本东京大学的Hirose 教授研制的第一台蛇形机器人诞生，并将其命名为ACM （Active Cord Mechanism ）蛇形机器人。
再到后来研究的逐渐深入，ACM-R2、ACM-R3、ACM-R4、ACM-R5的先后研制和完善，如图1所示，使蛇形机器人成为仿生机器人中最
具代表性的研究热点。
图1 ACM、ACM-R2、ACM-R5蛇形机器人
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农机水利 2017, V ol.37, No.19 81
农业与技术
再到德国Karl.L.Paap 研制的GMD 蛇形机器人，如图2所示，但是GMD 机器人优缺点明显，它虽然具有较强的灵活运动能力，但在机头每次抬起时，由于受到
机头的重力作用，导致关节向下弯曲，造成控制失灵，无法正常工作的结果。
1999年，美国开始研制NASA 蛇形机器人，如图3所示，他们改进了之前由卡耐基梅隆大学研制的CMU 蛇形机器人，并计划将其应用在太空，应用于行星地表
探测以及空间站维护工作，该蛇形机器人可以灵活地在复杂的行星表面穿梭，并独立规划路径以达到避障的效
果。
图2 GMD 蛇形机器人
1.2 国内的研究
1999年3月，由上海交通大学崔显世、颜国正研制出的我国第一台微小型仿蛇机器人样机。
在之后的中科
院沈阳自动化所，以马书根为核心的机器人研发团队所研制出的蛇形机器人巡视者 II 和探查者Ⅲ，为我国星球探测和灾难救援等领域的应用提供技术支持，如图4所示。
图3 NASA
蛇形机器人
图4 上海交大研制的蛇形机器人、沈阳自动化所研制的巡视者 II 和探查者Ⅲ
2
蛇形机器人的结构类型
因为生物蛇活动方式的多变灵活性，所以目前一般
的蛇形机器人机械结构采用模块化设计思想，由多个相同的单元体模块首尾串联依次连接而成，每个模块都具有独立的驱动和控制系统，可以产生有限范围内的相对
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农机水利
农业与技术
运动。
通过主机控制各模块的运动时序，相互协调，蛇形机器人可以实现多种运动形式。
如果需要完成特定的工作需要在“蛇头”添加传感或者视觉等机构。
蛇形机器人的关节选取直接决定了其运动的方式，目前应用最广泛的关节种类（图5）有以下。
2.1 平行连接关节
关节单元模块之间的转动副轴线相互平行且垂直于蛇体纵轴；仅能做二维平面内的运动。
难于适应复杂环境。
2.2 正交连接关节
邻转动副的轴线互相垂直，且均垂直于蛇体纵轴，
这样得到的每个关节连接虽然只有一个自由度。
但正交关节以2个关节3个连杆组成的正交铰接为最小单元，可完成三维运动。
2.3 万向节连接关节
万向节连接关节的蛇形机器人相对于其它连接方式运动最为灵活。
制作成本较高，加工要求很高的精度，控制比较困难，可完成三维运动。
2.4 P-R 关节
P-R 连接是在2个俯仰（Pitch ）关节（转动副与关节轴线垂直）之间添加一个转动轴线与关节纵轴重合的横向转动（Roll ）关节，可完成三维运动。
通过关节的相互协作，会使蛇形机器人产生多种不图5 蛇形机器人平行连接关节、正交连接关节、万向节连接关节、P-R 关节
同的运动模式，总结成如下表分类。
表1 4种运动模式特点
蜿蜒运动
行波运动
侧向运动
螺旋运动
运动机理通过身体的摆动摩擦地面，获得前进的力通过伸缩运动进行前进抬起部分身体向身体侧向移动通过蛇体呈螺旋状或等螺距抱紧管状物外表面后
的翻滚或蠕动步态来实现
运动范围水平面内竖直面内水平和竖直面内三维空间
适用范围平坦的硬地面
大多数环境中运动
沙地等软地面
特殊环境下的行走，如管道内、外攀爬
移动速度
最快
最慢
较快
慢
3
展望
从现有的蛇形机器人来看，未来机器人连接方式的
开发将遵循通用性、经济性和鲁棒性的原则，其结构的设计将沿着可重构性发展，而目前所研制的蛇形机器人存在共同的问题便是机器人的关节驱动多采用内置舵机转位，关节结构复杂，响应速度和爬行速度偏慢，影响工作效率，控制效果不佳。
随着研究的深入，如何设计结构简单、易于控制、运动灵活的连接方式，是人们必须面对和函待解决的问题。
因此，以仿蛇形机器人发展前景和目前存在的问题展开研究，为了实现多个模块化关节协同运动控制，可以尝试设计一种采用拉线驱动2自由度完全正交输出关节组成的蛇形机器人，有助于提高蛇形机器人的灵活性、高能效、精巧性的应用技术水
平，提高对复杂环境的适应能力，对蛇形机器人的发展提供新鲜的研究途径。
参考文献
[1]苏中,张双彪,李兴城.蛇形机器人的研究与发展综述[J].中国机械工程,2015,26(3):414-425.
[2]陈丽,王越超,李斌.蛇形机器人研究现况与进展[J].ROBOT,2002,24(6):559-563.
[3]林永光.一种具有空间关节的蛇形机器人系统设计与实现[D].燕山:燕山大学(硕士论文),2006:2-6.
作者简介：谢哲东（1974-），男，吉林长春，博士，研究方向：先进制造技术与装备及机器人技术；张添一（1992-），男，吉林长春，硕士，研究方向：蛇形机器人。