图 1-1 各种类型的蛇形机器人

无从动轮的蛇形机器人，由通过机械关节连接的直连杆组成，如 Yim,Worst 和 Linnemann[19],Dowling[20],Ohno 和 Hirose[21]。尽管没有从动轮，这些机器人还是保持 了各向异性的地面摩擦特性，因为每个连杆底部都有和连杆平行的边或者槽。

也有学者研究沿着身体推进的蛇形机器人，例如在每个蛇形机器人的连杆上装备 机械轮（Kimura 和 Hirose[22],2002;Taal 等，2009；Fjerdingen 等[23]，2004），或者 沿着蛇形机器人的身体安装轨道(Gao 等[24]，2008；Granosik 等，2006)，或者采用螺 杆驱动装置（Hara 等[25]，2007）。

带有力传感器的模型比较少，最具代表性的是 Bayraktaroglu[26]于 2008 年提出 的一种无轮式机器人，它带有接触开关，借助由接触开关测出的固定桩产生的反向作 用力向前推进。

3蛇形机器人控制的研究现状与发展

蛇形机器人的控制律的稳定性分析是具有挑战性的，因为这些机构现有的模型非 常复杂。因此，过去关于蛇形机器人稳定性分析工具应用方面的文献是很有限的。相 反，在这些文献中，常用的方法是利用仿真和实验为所提出的控制策略提供支持。

Prautsch 等[27]提出了轮式蛇形机器人的位置和路径跟踪控制器，并采用李亚普诺 夫分析法来分析控制器。该研究还考虑了防止蛇形机器人变成直线的方法，这种有利 于推进的方式十分独特。Ute 和 Ono（2002）提出了一种基于自激发原则的步态，其 关节角度信息决定了机器人的蛇形运动。Ye 等的研究考虑了蜿蜒爬行时的方向控制。

在无侧滑约束的平面约束方面，Dowling[20] (1997)采用傅里叶序列来规定周期函 数，这些函数代表无论蛇形机器人的各种步态。利用特定的学术方法确定了傅里叶序 列的参数。Ma 等[9]通过解决一个二次优化问题，提出了一种在蜿蜒爬行过程中扭动前

行的控制策略，Saito 等[11（] 2004）研究了各项异性地面摩擦力对蛇形机器人的影响，

并通过仿真对蜿蜒爬行的步态参数进行了优化。

4国内蛇形机器人的研究现状

在我国，蛇形机器人的研究刚刚起步，但是进步较快。哈尔滨工业大学机器人研 究所，上海交通大学等单位首先进行了蛇形机器人仿生方面的一些研究工作。上海交 通大学崔显世、颜国正[28]于 1999 年 3 月研制了我国第一台微小型仿蛇机器人样机， 该机构由一系列刚性连杆连接而成，由步进电机控制相邻刚性连杆之间的摆动。沈阳 航空航天大学[29]设计的蛇形机器人可使连杆在水平面内摆动，样机底面装有滚动轴承 作为被动轮，用以改变纵向和横向摩擦系数之比。2002 年，国防科学技术大学研制 了一个蛇形机器人样机，该样机不但可以实现平面内运动，而且采用密封外皮后，能 在水面上实现蜿蜒运动。

中科院沈阳自动化所机器人重点实验室提出一种新型蛇形机器人结构，可实现多 种适应环境的平面和空间运动形式，并作了深入的理论研究。沈阳航天航空大学等单 位也开始蛇形机器人的相关研究工作。目前我国的蛇形机器人研究主要针对系统的控 制以及步态的研究，较少提出新的机械结构设计。