蛇形机器人的研究与发展
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蛇形机器人的研究与发展
作者：谢哲东 张添一
来源：《农业与技术》2017年第19期
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。 龙源期刊网
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。
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。
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。
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。 龙源期刊网
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同的运动模式，总结成如下表分类。
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。 龙源期刊网
基于形态学的蛇形机器人运动步态算法研究
３１４０ ２０１１，Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．９ 计算机工程与设计ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＤｅｓｉｇｎ
基于形态学的蛇形机器人运动步态算法研究
蒋湘军， 魏武
（华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州５１０６４０）
摘要：基于蛇形机器人运动形态学，利用扩展Ｆｒｅｎｅｔ—Ｓｅｒｒｅｔ分析了一种蛇形机器人运动的几何模型，并根据这种几何模型
研究了一种确定蛇形机器人的运动步态规律的算法，称之为ＥＦＳＡ（ｅｘｔｅｎｄｅｄｆｒｅｎｅｔ．ｓｅｒｒｅｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）算法。用这种算法规划了无 轮蛇形机器人的基本运动步态，而且重要的是实现了蛇形机器人三维螺旋运动规划，并成功实现了蛇形机器人的仿真运
动。这种方法简单、可实现性强，在运动步态规律研究上具有通用性的特点。
关键词：蛇形机器人；形态学；微分几何；运动步态；Ｆｒｅｎｅｔ—Ｓｅ￣ｅｔ
中图法分类号：ＴＰ２４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．７０２４（２０１１）０９—３１４０。０４
Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｎａｋｅ—ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ’Ｓ ｇａｉｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
ＪＩＡＮＧ Ｘｉａｎｇ－ｊｕｎ， ＷＥＩ Ｗｕ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０６４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆｓｎａｋｅ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｆｒｅｎｅｔ—Ｓｅｒｒｅｔ ｔｈｅｏｒｙ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆａ ｍｏｖｉｎｇ ｓｎａｋｅ—
ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈａｔ，ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｎａｋｅ・ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ’Ｓ ｌａｗ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｃａｌｌｅｄ ＥＦＳＡ【ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｆｆｅｎｅｔ－ｓｅｒｒｅｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ａｎｄ ｗｊｔｈ ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｌａｎｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｒｏｕｎｄ ｏｆ ｓｎａｋｅ—ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ’Ｓ ｂａｓｉｃ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｇａｉｔｓ，ａｎｄ ｗｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｉｎｇ ｉｓ ｔｏ ｐｒｏｐｏｓｅ ｔｈｅ ３－Ｄ ｈｅｌｉｘ ｍｏｖｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｓｕｃｈ ａ ｆｒｅｅ ｒｏｕｎｄ
NSGA-Ⅱ在蛇形机器人中的优化与控制
第３８卷 、，０ｌ－３８ 第８期
Ｎｏ．８ 计算机工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年４月 Ａｐｒｉｌ ２０１２
・人工智能及识别技术・ 文章编号：ｌ０ｏ 一３４２８（２０ｌ２）０昏＿＿０１３ ７．＿＿ｏ４ 文献标识码：Ａ 中圈分类号：ＴＰ２４２
ＮＳＧＡ．Ⅱ在蛇形机器人中的优化与控制
魏武，邓高燕
（华南理工大学自动化科学与工程学院，广州５ １ ０６４０）
摘要：研究蛇形机器人蜿蜒运动步态的优化与控制问题。结合摩擦力模型，并分析蛇形机器人运动步态模型，根据基于闭环反馈的控制 系统结构运用ＰＩＤ控制器对其步态进行跟踪控制，在此基础上采用基于非支配排序遗传算法（ＮＳＧＡ—Ｕ）对步态进行优化，该优化方法实现 对闭环反馈跟踪控制系统的参数优化。仿真结果表明，ＮＳＧＡ一Ⅱ算法能达到变量优化目的，在功率和速度之间寻找最优值，对于解决蛇形 机器人运动步态多目标优化问题是可行有效的。 关悯：蛇形机器人；运动步态优化与控制；ＰＩＤ控制器；遗传算法；多目标优化
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ０ｆ ＮＳＧＡ．Ⅱｉｎ Ｓｎａｋｅ．１ｉｋｅ Ｒｏｂｏｔ
ＷＥＩ Ｗｕ，ＤＥＮＧ Ｇａｏ－ｙａｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ ｌｏｃｏｍｏｔｉｏｎ ｇａｉｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｎａｋｅ—ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ．Ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ
ｍｏｔｉｏｎ ｇａｉｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｎａｋｅ—ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ｕｓｅｓ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｒａｃｋ ｔｈｅ ｇａｉｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｇａｉｔ ｃｏｎｔｒｏｌ
蛇形模块化机器人产品及技术介绍
SolidSnake-II
——模块化机器蛇概述
一、应用背景：
近几年来，仿生机器人学正在机器人领域占有越来越重要的位置，蛇形机器
人由于其结构的特殊性,已成为仿生领域的研究热点。蛇形机器人在战场上的扫
雷，爆破，矿井和废墟中探测营救，管道维修以及外行星地表探测等条件恶劣，
且要求有高可靠性的领域有着广阔的应用前景。模块化设计和高冗余度设计等新
思路的提出和逐步完善，使蛇形机器人成为研究的亮点。
二、SolidSnake II 实验样机概述：
SolidSnake II 结合了国内外蛇形机器人的发展现状，充分考虑了蛇类生物的运
动特点，从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基
于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、
简单的行波状态，并以固定的相位差沿蛇体进行传播。采用中央处理机（即蛇的
大脑）集中控制的方式把各种运动方式进行合成，实现了机器蛇的蠕动、游动、
侧移、侧滚、抬头、翻越障碍物等运动形式。在对蛇类运动机理深入研究的基础
上，得出了利用杆状结构的角度变化和运动时延，相位差去控制机器蛇运动的速
率和运动方向的规律，并在实验中得到了验证。
三、solid snake – II 创新点详述
一）、模块化的机构设计：
采用模块化的机构设计，可以很快的
组装一条新蛇，而且结合电路系统，可以
实现任意节数的组合，以适应不同的应用
场合。单元体模块组成部件有：两节壳体，
两个伺服电机，一块从机控制板。
机械对接接口非常简单，只需要五个螺钉
即可对接一个单元体。
一个模块化单元体为一个正交
的关节，有两个正交方向的自由度，
在机械结构与控制结构上均自成一
体，通过总线与其他从机及主机通
讯。
标准配置的 SolidSnake-II 带有
外接电池。但用户可以自行加装电池
到每个单元关节，以便无缆运行。
二）、基于行为控制设计的solid snake – II 电路系统及程序构架：
1），电路系统构架：在电路设计上采用分布式底层运动控制——高层中枢决
蛇形机器人的原理
蛇形机器人的原理
蛇形机器人的原理是通过模仿和模拟蛇的运动方式来实现机器人的移动。蛇能够在不同的环境下灵活地爬行，并且能够通过扭动身体的方式来改变方向和前进。蛇形机器人就是通过类似的方式来实现机械结构和运动控制。
蛇形机器人通常由多个关节和环节组成，这些关节和环节通过某种机械连接方式相互连接。每个关节都有能够自由运动的自由度，可以通过这些自由度的组合来实现蛇形机器人的运动。在机械设计上，通常使用连杆、铰链、舵机等来实现关节的运动。
蛇形机器人的运动方式主要是通过扭曲和扭转自身的身体来实现。具体来说，当蛇形机器人需要向前运动时，它会将身体前面的一部分向前扭动，同时将身体后面的一部分向后扭动。这样一来，机器人整体的前进方向就会与身体的扭动方向相反，从而向前移动。
蛇形机器人的身体通常由一系列类似链环的环节组成。这些环节具有一定的柔软性和可变形性，可以通过变形来实现机器人的运动。每个环节通常由一个关节和一个连接环组成。关节用于控制环节的运动，连接环用于实现环节之间的连接和运动传递。
在控制方面，蛇形机器人通常使用传感器和控制算法来实现运动的识别和控制。传感器主要用于感知机器人周围的环境，例如通过摄像头来感知周围障碍物的位置和距离。控制算法则负责根据传感器的数据来计算机器人的运动轨迹和关节的运动方式。
在运动控制方面，蛇形机器人的目标是通过对每个关节的运动控制来实现机器人整体的运动。通常，每个关节都由一个电机或舵机驱动，通过改变电机或舵机的转动角度来实现关节的运动。控制算法根据机器人的运动目标和当前环境的信息，计算每个关节应该运动的角度和方向，然后发送控制信号给相应的电机或舵机。
总结起来，蛇形机器人的原理是通过模仿和模拟蛇的运动方式来实现机器人的移动。它由多个关节和环节组成，通过某种机械连接方式相互连接，并且通过扭曲和扭转身体来实现运动。蛇形机器人通过传感器和控制算法来感知环境和控制运动，以实现机器人整体的运动和导航。蛇形机器人的模仿蛇的运动方式，使其在狭小和复杂环境下具有较强的灵活性和适应性，因此在一些特定的应用领域有着广泛的应用潜力。
蛇形机器人的工作原理
蛇形机器人的工作原理
蛇形机器人是一种模仿蛇类运动的机器人，它的工作原理可以分为硬件和软件两个方面：
硬件方面：
1. 结构设计：蛇形机器人的身体由一系列连续的关节单元和连接杆组成，每个关节单元都有自己的驱动器和传感器，可以自由弯曲和转动。
2. 驱动系统：每个关节单元都有一个电机或压电驱动器，用于控制关节的运动。这些驱动器可以根据软件控制发送恰当的指令以实现不同的运动方式。
3. 传感器系统：蛇形机器人通常具有各种传感器，如陀螺仪、加速度计、压力传感器等，用于感知自身的姿态、环境条件以及与外部物体的接触等信息。
4. 电源系统：蛇形机器人需要电源来供电驱动器和其他电子设备。
软件方面：
1. 运动规划：通过计算机算法，根据机器人当前位置和目标位置，确定每个关节单元的驱动器运动方式，以生成合适的运动序列和控制指令。
2. 执行控制：将计算出的控制指令发送给各个关节的驱动器，使得机器人按照预定的运动轨迹和姿态进行运动。
3. 感知与决策：机器人通过传感器系统获取环境信息，并利用算法对这些信息进行处理和分析，根据需要作出相应的决策，调整机器人的运动方式和姿态。
根据蛇形机器人的工作原理，在软硬件的协同作用下，它可以实现各种复杂的身体姿态和运动方式，如爬行、攀爬、游泳等，以适应不同的环境和任务需求。
蛇形机器人论文
蛇形机器人论文
蛇形机器人论文
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： 测控技术与仪器
仿生机器蛇的设计与仿真
【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
仿生机器蛇的设计与仿真
【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
一种蛇形机器人的设计
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ・技术交漉
一种蛇形讥器人的设计
西北民族大学电气工程学院赵宇萌 郑冰欣 易礼周 马惠兰
【摘要】设计了一种以蛇形为基础的仿生机器人，以ＩＡＰ１５Ｆ２Ｋ６１ｓ２芯片作为系统的控制核心，通过多台舵机的连接，机器人可以完成类 似蛇形的多个动作。该机器人不仅能够自主控制，还能进行温湿度检测、红绿两种颜色的识别，也能通过舵机扭动身体并发出声音。 【关键词】蛇形机器人；仿生；舵机
０引言
机器人技术涉及到机械、电子、人工智能、传感器、通讯
与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集
成，代表着现在乃至未来高新技术的发展方向。同时，伴随着
它在人类生活应用领域中的不断扩大，引起了各国对机器人技 术的开发热潮。作为当代大学生，我们要主动接触新事物，把
握当今社会的科技发展方向。
目前，对机器人的研究日新月异，研究的方向越来越广
阔，尤其越来越注重于仿生机器人的研究…。仿生机器人虽然多
种多样，但是对于蛇形机器人的研究大多注重能够实现动作灵 敏的在复杂地形中爬行，将所采集到的信息进行实时反馈【２ｌ。但
是对其他方面的研究较少。
本设计是在能够灵活完成一些蛇的基本动作以及实时检测 周围环境的温湿度的基础上，增加够识别颜色的传感器，当检
测到一种颜色时，蛇形机器人会发出声音并同时做出相应的动
作。最终使机器人实现一种更接近蛇的生活状态。
１系统总体设计
１．１设计要求
（１）蛇形机器人能够实现自主控制。
（２）蛇形机器人能完成蛇爬行过程中一些基本动作并能够 躲避障碍物，能够在检测到特定的东西时，做出相应的动作以
及发出相应的声音。
图１总体设计框图
１．２总体设计
蛇形机器人的总体设计框图如图１所示。接通电源后，当启
动模块接收信号会将信号送给微控制器，将整个系统进行初始
化。当机器人上的各类传感器接收到各自不同的检测信号后也 会反馈给微控制器进行处理，之后微控制器将处理过的信号送
蛇形机器人的运动分析以及步态研究
第２１卷 Ｖ０１．２１ 第１１期 Ｎｏ．１１ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１３年６月 Ｊｕｎ．２０１３
蛇形机器人的运动分析以及步态研究
谭启明，何振勇，陈然
（华南理工大学广东广州５１０６４０）
摘要：近年来，蛇形机器人作为一类有重要应用前景的仿生机器人受到了国内的广泛关注，并取得了很多进展。蛇形
机器人跟传统的两足式机器人或者履带机器人比较，具有更好的运动稳定性和环境适应能力。蛇形机器人是一种新
型的仿生机器人．与传统的轮式或两足步行式机器人不同之处在于，它实现了像蛇一样的基本运动模式。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模型。并对该机器人的基本步态进行了分析研究，对其前进的方
式进行了数学建模设计，为该蛇形机器人在具体设计制造前提供了理论分析基础。
关键词：蛇形机器人；运动分析；步态分析；刚性连杆
中图分类号：ＴＰ２４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１３）１１－００４３—０３
ＫｉｎｅｍａｔｉＣＳ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｇａｉｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｎａｋｅ－ｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ
ＴＡＮ Ｑｉ－ｍｉｎｇ，ＨＥ Ｚｈｅｎ－ｙｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｒａｎ
（Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｓｎａｋｅ ｒｏｂｏｔ ｈａｖｉｎｇ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｈａｓ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｗｉｄｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ
ｄｏｍｅｓｔｉｃ，ａｎｄ ｍａｄｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｓｎａｋｅｌｉｋｅ ｒｏｂｏｔ ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｂｉｐｅｄ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ￣ａｃｋｅｄ ｒｏｂｏｔ，ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ
一种新型蛇形机器人的设计研究
一种新型蛇形机器人的设计研究
朱圣领;郭旭红;芮延年;刘开强
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2004(000)007
【摘 要】通过对生物蛇运动的分析,研究出了一种新的蛇形机器人运动方案,设计了相应的蛇形机器人机械结构与控制系统,并进行了蛇形机器人的运动规划研究,最终制作了蛇形机器人样机.
【总页数】3页(P37-39)
【作 者】朱圣领;郭旭红;芮延年;刘开强
【作者单位】苏州大学,江苏,苏州,215021;苏州大学,江苏,苏州,215021;苏州大学,江苏,苏州,215021;苏州大学,江苏,苏州,215021
【正文语种】中 文
【中图分类】TP24
【相关文献】
1.一种新型的攀爬蛇形机器人 [J], 孙洪
2.一种新型的攀爬蛇形机器人 [J], 孙洪;刘立祥;马培荪
3.用形状记忆合金驱动的一种新型蛇形机器人 [J], 赵丽娟;解晓松;刘杰;隋新;刘秀莲
4.一种新型蛇形机器人的运动规划研究 [J], 朱圣领;郭旭红;芮延年;王翔
5.一种新型一体化节能污水处理系统的设计研究 [J], 刘庭卓;王爽;孙敬;赵钦欢;刘芸滋;张颖;景爱国;张哲瑞 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
蛇形机器人运动机制的仿生研究
蛇形机器人运动机制的仿生研究
关键信息项：
1、 研究目的
2、 研究方法
3、 研究进度
4、 成果评估标准
5、 知识产权归属
6、 合作方式
7、 风险与责任承担
8、 经费预算及使用
9、 保密条款
11 研究目的
本协议旨在明确关于蛇形机器人运动机制的仿生研究的目标和期望成果。通过对蛇类生物运动方式的深入分析和模仿，开发出更高效、灵活和适应性强的蛇形机器人运动模式，以应用于多个领域，如救援、探测、工业生产等。
111 具体目标包括但不限于： 1111 深入理解蛇类生物的肌肉运动、骨骼结构和关节活动对其运动的影响。
1112 建立精确的蛇形机器人运动数学模型。
1113 设计并实现能够模拟蛇类多种运动形态的机器人硬件结构和控制系统。
12 研究方法
121 采用多学科交叉的研究方法，融合生物学、机械工程学、电子工程学、计算机科学等领域的知识和技术。
122 对蛇类生物进行实地观察和影像资料分析，获取其运动特征和规律。
123 运用先进的建模软件和仿真工具，对蛇形机器人的运动进行模拟和优化。
124 制作实验样机，进行实际运动测试和性能评估。
13 研究进度
131 第一阶段（时间区间 1）：完成蛇类生物运动数据的收集和分析，初步建立理论模型。
132 第二阶段（时间区间 2）：设计机器人硬件结构和控制系统方案，并进行初步制作。
133 第三阶段（时间区间 3）：进行样机的调试和实验，优化运动性能。 134 第四阶段（时间区间 4）：对最终成果进行全面评估和总结。
14 成果评估标准
141 运动速度和灵活性达到预定指标。
142 能够适应多种复杂地形和环境条件。
143 与真实蛇类运动的相似度和仿生效果显著。
144 控制精度和稳定性符合设计要求。
15 知识产权归属
151 研究过程中产生的所有知识产权归合作双方共同所有。
152 未经双方同意，任何一方不得擅自将知识产权转让或授权给第三方。