物蛇一样的"无肢运动"，因而被国际机器人业界称为"最富于现实感的机器人"。世界 上第一条蛇形机器人于 1972 年诞生于日本东京科技大学，其速度可达 40 厘米/秒。 而美国等国家在蛇形机器人的研究领域占有绝对的优势。美国航空航天局曾展示过一 种用于外太空探险的蛇形机器人，它能适应各种复杂地形行，如履平地，运动十分灵 活，并具有探测、侦探等多种功能。

蛇形机器人具有其他机器人不具备的优点，能够应用到复杂和危险的环境中去。 其广泛的应用前景,不仅仅局限在以下各领域:论文网

1)科学探险和状况检查: 环境和气候的常常是限制科学家探索大自然奥秘和丰 富地质资源的主要因素。因此，研制机器人的主要目的之一是为了代替或部分代替人 去完成危险环境中的作业。这同时对机器人的结构和性能提出了更高的要求，而蛇形 机器人完全可以胜任。

2)灾难救援:随着近几年自然灾害的频发，灾后的救援工作成为各个国家维护人 民生命财产不受侵害的主题。机器人学的研究人员制作了形态各异的机器人来代替人 去完成救援伤员的任务。蛇形机器人也适合于完成灾难救援任务。由于蛇形机器人身 体的各个部分都与地面接触，对地面的压力均匀而且非常小，特别适合在灾难后的危 险建筑中运动和搜救。

3)医疗:小型的蛇形游动机器人，能够进入人体器官(如肠道、血管)，完成手术 和定点给药。这将会成为机器人研究的一个新的热门领域。

4)航空航天:继美国和前苏联以后，各国纷纷启动面向宇宙的探索工程，如探月 工程。伴随而来的，是对于太空探索机器人的巨大需求。正像美国的勇气号和机遇号 机器人在火星上执行作业一样，蛇形机器人有望在这方面得到应用。

5)危险环境作业:蛇形机器人身形小巧，可以穿越狭小空间、进入危险环境，然 后完成操作任务。也可以在蛇形机器人身上安装合适的传感器，来完成排雷任务。

6)军事用途:蛇形机器人可以凭借其细小的身体出入多种场合，便于藏匿。倘若 将蛇形机器人的每个单元装上传感器，那么它可以通过甩掉关节的办法来布置传感器， 形成一个大型的信息系统，有助于获取更多的军事情报。

由此看来，蛇形机器人的研究对很多重要领域都有着极其重要的意义。但我国蛇 形机器人的研究还处在发展阶段，其运动还无法完全模拟生物蛇的运动。

1。2 国內外蛇形机器人的建模、机电设计和控制的研究现状与发展

1。2．1 蛇形机器人建模与分析的研究现状与发展

1。2。2 物理蛇形机器人实现方法的研究现状与发展

1。2。3 蛇形机器人控制的研究现状与发展

1。2。4 国内蛇形机器人的研究现状

1。3 本文的主要研究内容及难点

本文从蛇形机器人的运动学模型出发，利用北京博创科技推出的创意之星模块化 机器人设计套件，设计搭建蛇形机器人实物模型并编写程序使其完成多种步态以及实 现避障功能。文章首先根据生物蛇的骨骼结构设计了蛇形机器人机械结构部分，给出 了总体的设计方案，包括舵机的选择，从动轮的设计方案、关节结构设计等。并利用Matlab、solidworks 等相关软件进行运动学的仿真，完成机械设计过程中的相关计算 以及强度校核。然后重点分析了蛇形机器人的基本蜿蜒运动步态的产生方法，以及如 何通过转弯运动实现避障功能。最后，介绍了利用 Northstar 图形化编程软件编写程 序使蛇形机器人实现基本步态及动作的过程。于此同时，文章还通过实验验证控制方 程中的各个参数对步态运动特性的实际影响，基于实验数据对控制方程做了一个优化 处理，使蛇形机器人的运动更加流畅合理。在文章的最后，对此次蛇形机器人的设计 以控制方面的问题作出评价，探讨设计过程中的问题及解决方法。