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蛇形机器人驱动原理
蛇形机器人驱动原理可以分为以下几种方法：
1. 基于绳索驱动：蛇形机器人通过多个绳索和驱动轮组成的机构来实现驱动。
每个绳索连接到机器人的不同部位，并通过电动机或者气动机构驱动来控制绳索的收放，从而使机器人进行蠕动运动。
2. 基于电动马达驱动：蛇形机器人的每个关节都安装有电动马达，通过控制电动马达的旋转来驱动机器人的运动。
不同关节之间的运动通过分别控制各个电动马达的转速和方向来实现。
3. 基于形变材料驱动：蛇形机器人的身体由形变材料（如人工肌肉）构成，形变材料会在外界刺激下发生形变，从而驱动机器人运动。
可以通过电流、温度或化学反应等方式，控制形变材料的形状变化，进而实现机器人的蛇行运动。
4. 基于液压驱动：蛇形机器人使用液压系统来驱动机器人的运动。
液压驱动系统通过液体的流动来驱动机械部件的运动，液压系统中的液压泵提供液体的动力，并通过液压缸或液压马达将液体的动力转化为机械运动。
以上是一些常见的蛇形机器人驱动原理，不同的蛇形机器人可能采用不同的驱动方式。
此外，还可以使用其他驱动原理，如气动驱动、电磁驱动等，来实现蛇形机器人的运动。
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。
第20 卷 第1期 苏州市职业大学学报 V ol.20,No.1 2009年3月 Journal of Suzhou V ocational University Mar. , 2009一种新型的攀爬蛇形机器人孙 洪（苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州 215104）摘 要：针对蛇形机器人最常采用的三种关节连接方式:平行连接、正交连接和万向节连接,通过典型实例进行了工作空间的分析和比较,提出了一种具有万向节功能的P -R(pitch -roll)模块.该模块结构简单、便于控制,所组成的蛇形机器人理论上可以实现各种三维攀爬动作.最后通过研制的新型攀爬蛇形机器人样机,验证了P -R模块的可实现和灵活性．关键词：蛇形机器人；平行连接；正交连接；万向节连接；P -R模块；工作空间中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1008-5475(2009)01-0027-05A New Style Climbing Snakelike RobotSUN Hong(Department of Electronic Information Engineering, Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China)Abstract: Three most dominant joints' links, namely parallel link, orthogonal link and universal jointlink, of snakelike robot were presented by typical models. Based on examples, their operating spaceswere analyzed and compared. Then a new functional module for joints' combination, named Pitch -Roll, was presented. This module has the function of universal joint, but is simpler to implementand easier to control. A snakelike robot based on this link module can theoretically perform all typesof maneuvers in 3D spaces. Finally, the prototype of a new type snakelike robot based on the P -Rmodule was produced, which further verified the agility of P -R module.Key words: snakelike robot; parallel link; orthogonal link; universal joint link; P -R module;operating space收稿日期：2008-11-26；修回日期：2009-01-16作者简介：孙 洪(1972-),女,山东济南人,讲师,博士,主要从事工业机器人和仿生机器人研究.蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支,从1972年日本东京大学的Hirose 教授研制出第一台样机至今,相继有数十台蛇形机器人样机问世.这些样机能实现在平面上蜿蜒爬行、侧滑、翻滚等二维运动,在爬行中抬头或爬台阶、翻越较低障碍等三维运动,而对于更为复杂的如爬树等三维运动则甚为少见.本文将通过典型实例对几种样机的连接方式进行分析比较,提出一种新的连接方式,并基于该连接方式研制蛇形机器人样机,以期能够开发出结构简单、便于控制、具有多种运动模式的、能爬树的攀爬型蛇形机器人,它可实现空中侦察、管外壁检测、电杆高空线路维修等功能,其应用前景十分广阔.1 常见蛇形机器人关节连接方式蛇形机器人是一种无固定基座、多关节、多自由度的链式柔性机器人,它由多个相同或相似的单元模块连接组成,其运动模式和工作空间决定于各单元模块间的连接方式.综合考察各种样机,蛇形机器!!!!!!!!!!!!!!!DŽc* !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!DŽd*ZYXZYXZYXZYXP RHEF I4 结 论本文采用P-R 模块所研制成功的一种新型的具有攀爬功能的蛇形机器人,能实现灵活的三维运动.当前大部分采用平行连接或正交连接的蛇形机器人甚至一端固定的柔性机器人或机械臂,均可通过简单的改造,变成P-R 模块连接方式,从而大大提升其灵活性和工作空间.参考文献：[1] ENDO G, TOGAWA K, HIROSE S. Study on self -contained and terrain adaptive active cord mechanism[J]. IEEEInternational Conference on Intelligent Robots and Systems, 1999, 3: 1399-1405.[2] 周旭升,潘献飞,谭红力,等. 一种蛇形机器人的研制[J].机器人,2002,24(7):684-687.[3] 黄 恒,颜国正,丁国清,等. 一类蛇形机器人系统的运动学分析[J].高技术通讯,2002,6(3):90-94.[4] MAKOTO M, SHIGEO H. Three -dimensional serpentine motion and lateral rolling by active cord mechanism ACM -R3 [J].Proceedings of the 2002 IEEE/RSJ Intl, 2002, 1: 829-834.[5] BERNHARD K, KARL L P. GMD -Snake2: a snake -like robot driven by wheels and a method for motion control [J].Proc. of the Internet Content Rating Association, 1999: 3014-3019.[6] AOKI T, OHNO H, HIROSE S. Study on pneumatic mobile robot: design of SSR -II using bridle bellows mechanism [J].Proceedings of the 41st SICE Annual Conference , 2002, 3(5/7): 1492-1496.[7] NILSSON M. Why snake robots need torsion -free joints and how to design them [J]. Proceedings of the 1998 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation, 1998, 1: 412-417.(责任编辑：尚 丽))b* !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)c* !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)d*偠㒧2009年第1期 孙 洪：一种新型的攀爬蛇形机器人。
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。
项目简介叶片轮式蛇形机器人采用叶片轮驱动，比一般的蛇形机器人具有更好的翻越和攀爬能力，能够适应各种复杂的地面环境，同时具有结构简单、操作方便、速度快、成本低的特点。
该机器人由控制者通过无线摄像头传回的图像进行遥控控制，能够脱离视线范围工作，根据环境的不同可搭载不同的传感器完成各种任务。
主要可用于地震废墟下搜救伤员，在军事上侦察敌情，公安部门反恐，核工厂、危险化学药品生产工厂危险区域检测等。
详细介绍叶片轮式蛇形机器人由姿态控制系统、移动系统、遥控控制系统、无线视频系统、电源系统五个部分组成。
姿态控制系统：本叶片轮式蛇形机器人设计为5节，约半米长，共有4个关节，每个关节有三个自由度，两个可控制自由度，一个自平衡旋转自由度，通过控制关节处的舵机实现蛇形机器人姿态的改变。
移动系统：通过10个直流减速电机驱动10个叶片轮前进，比轮式驱动更容易越过障碍物。
每个叶片轮由三片弹簧片成两两120度固定于轮轴上而成，每片都略微向后弯曲，以防止前进时将杂物卷起卡住叶片轮。
遥控控制系统：包括无线遥控发射器和无线遥控接收器。
控制者通过无线摄像头传回的图像了解蛇形机器人周围地形情况，使用无线遥控发射器将控制信号传送给无线遥控接收器。
无线视频系统：通过无线摄像头将蛇形机器人周围图像传送到控制者的显示设备上，实现超视距控制。
电源系统：采用两块3.7V的锂聚合物电池串联供电。
本蛇形机器人头部安装有无线摄像头和高亮LED灯（在黑暗环境下使用），由控制者通过无线摄像头传回的图像对其进行遥控控制，能够脱离视线范围执行任务。
其采用的叶片轮式驱动能够比常规的驱动方式（如轮式驱动、履带式驱动）提供更佳的驱动能力和越障能力，每个关节有三个自由度（一般只有两个），能够取得更好的运动效果。
在不改变机身的情况下，可以通过更换不同的驱动机构来适应不同的运动环境，实现运动效率的高效化。
本蛇形机器人可搭载各种传感器，用于地震废墟下搜救伤员，在军事上用于侦察敌情，公安部门用于反恐，核工厂、危险化学药品生产工厂用于进入危险区域检测，外星探测等。
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。
蛇形使用说明书蛇形使用说明书一、产品概述蛇形是一款具有自主移动能力的，其设计灵感来源于蛇的爬行动作。
蛇形由多个相互连接的模块组成，能够模拟蛇的运动方式，在不同的地形和环境中自由移动。
二、产品特性1.灵活性：蛇形采用模块化设计，每个模块都可以自由弯曲和旋转，使得在复杂地形中的运动更加灵活。
2.自主导航：蛇形配备了先进的导航系统和传感器，能够自主寻找路径并避开障碍物。
3.多功能：蛇形支持多种操作模式，如巡航模式、搬运模式和搜索救援模式，适用于不同场景的需求。
4.轻便易携：蛇形采用轻量化材料制作，便于携带和部署。
三、组装与连接1.将各个模块按照顺序连接起来，确保连接牢固且不松动。
2.在连接处使用连接器固定模块，以确保连接的稳定性。
3.在连接模块时，请确认每个连接器的方向和位置正确，以免造成连接错误。
4.连接完成后，进行功能测试，确保能够正常工作。
四、使用方法1.开机和关机操作：按下背部的电源开关按钮，即可启动或关闭。
2.操作模式选择：支持多种模式选择，通过面板上的模式选择按钮进行切换。
3.移动控制：使用遥控器或者智能方式APP，控制的运动方向和速度。
4.使用注意事项：在使用蛇形的过程中，需要注意周围环境，避免碰撞或损坏。
五、常见问题解答Q: 无法启动怎么办？A: 请检查的电源是否连接正常，是否有足够的电量。
Q: 移动困难怎么办？A: 请检查的连接是否牢固，模块之间是否有松动。
Q: 无法避开障碍物怎么办？A: 请检查的传感器是否正常工作，是否有物体遮挡传感器。
六、维护与保养1.定期清洁的外表面和连接器，保持的正常运行。
2.在使用中发现故障或异常情况时，及时联系售后服务中心进行维修。
附件：本文档无附件。
法律名词及注释：1.模块化设计：将产品拆分成多个相互独立的模块，使每个模块具备独立的功能和特点。
一种仿生蛇形机器人的结构设计近年来，随着机器人技术的不断发展，仿生机器人的设计也越来越受到关注。
其中，仿生蛇形机器人作为一种新型机器人，具有较高的柔性和自适应性，受到了广泛关注。
本文将介绍一种仿生蛇形机器人的结构设计。
一、机器人结构概述仿生蛇形机器人的结构主要分为三个部分：头部、身体和尾部。
其中头部通常是由一个带有摄像头的模块组成，用于判断移动方向和障碍物识别。
身体部分采用分段的设计，每一段都能够实现自主运动，可以通过控制运动的角度和频率来实现机器人的移动。
尾部部分通常采用与身体部分相同的结构，主要起到稳定机器人的作用。
整个机器人结构灵活、可塑，可适应各种环境下的移动。
二、身体部分结构设计身体部分是仿生蛇形机器人最重要的部分，它决定了机器人的运动能力。
每一段身体都由一个转轴、一个驱动器和一个连接器组成。
转轴通常采用伺服电机或步进电机，可以控制其运动角度和速度，用于驱动身体运动。
驱动器通常采用弹性体或金属刚体，用于传输能量和控制运动轨迹。
连接器通常采用柔性材料，如橡胶或硅胶，能够实现身体的伸缩和弯曲，用于实现蛇形机器人的运动。
三、控制系统设计仿生蛇形机器人的控制系统包括硬件和软件两部分。
硬件方面，需要运用传感器、电机控制器、信号处理器等设备。
具体来说，需要安装陀螺仪、加速器、振动器等传感器，用于检测机器人的角度、速度和加速度。
电机控制器负责驱动电机，控制机器人的运动。
信号处理器用于处理控制指令和传感器数据，控制机器人的移动。
在软件方面，主要有机器人控制程序和运动学算法两部分。
控制程序负责接收用户指令，解析传感器数据，并将控制命令转换成电机控制信号。
运动学算法主要用于定位机器人的位置、速度和运动轨迹。
四、应用场景仿生蛇形机器人可应用于海底探测、医疗器械、安防巡逻、排爆等领域。
例如，用于水下探测可以采用防水材料，实现机器人在水中的自由运动。
医疗器械方面，仿生蛇形机器人可以用于手术，实现微创手术、准确治疗等。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y仿生感知与先进机器人技术课程报告(2)报告题目：仿生机器蛇的研究院系：机电工程学院飞行器制造工程班级：1108301姓名：XXX学号：11108301xx哈尔滨工业大学机电工程学院仿生机器蛇的研究Xxx（哈尔滨工业大学机电学院，黑龙江哈尔滨 150000）摘要：机器人仿生学是从仿生的角度对机器人进行研究，是机器人领域的重要分支. 本文从综述、蛇的运动原理、仿生机器蛇的运动原理、系统构成、关键技术、存在的问题、发展方向等方面归纳和评述了仿生机器蛇的研究情况。
关键字：仿生蛇技术原理模块构成1 引言九十年代以来，机器人技术的应用开始从制造领域向非制造领域(如宇宙探测、海底探查、管道敷设和检修、医疗、军用、服务、娱乐等方面)扩展，从而基于非结构环境、极限环境下的先进机器人技术及其应用研究已成为机器人技术研究和发展的主要方面。
地球上生物历经长年进化，不仅具备超乎寻常的对自然环境的适应能力，而且更有功能和特性极其完备的动作机理和功能器官。
因此，基于仿生机理微特机器人的研究将是非结构环境下机器的研究重点。
[1]2 国内外研究情况综述发达国家十分重视蛇形机器人的研制和开发。
从1972年日本东京工业大学的I-lirose教授研制出第一台至今，相继有数十台蛇形机器人样机问世。
目前，国外比较系统而深入地研究蛇形机器人的机构主要有：日本东京工业大学的Hirosc机器人实验室(H．F Robot Lab)、美国密歇根大学(University of Michigan—UM)的移动机器人实验室(Mobfie Robotics Laboratory)、美国卡内基-梅隆大学(Carnegie Mellon University —CMU)的生物机器人技术实验室(Biorobotics Lab)等，其各期的样机基本包括了现有蛇形机器人的所有重要特性。
一种可重构蛇形机器人的研究可重构蛇形机器人（Reconfigurable Snake-like Robot）是一种基于蛇形形态的机器人设计，它具有自主变形能力的特点。
这种机器人能够通过改变自身的形态和结构，适应不同的环境和任务需求。
在现代机器人技术的发展中，可重构蛇形机器人被广泛应用于各种领域，如救援、勘测、管道探测等，具有广阔的应用前景。
可重构蛇形机器人的研究可以从以下几个方面展开：1.结构设计：可重构蛇形机器人的结构设计是其重要组成部分。
机器人的主体由多节连杆组成，每个连杆之间都能够自由运动，从而实现机器人的变形。
这种设计可以通过电机、液压或气动等方式驱动每个连杆的运动，使机器人具备更大的灵活性和可控性。
2.运动控制：机器人的运动控制是可重构蛇形机器人研究的关键技术之一、通过对每个连杆的运动进行精确控制，机器人可以实现多种运动形式，如爬行、攀登、转向等。
这些运动模式可以通过传感器来实时感知环境，并通过算法进行运动规划和控制。
3.自主感知与决策：为了使机器人能够适应不同的环境和任务需求，可重构蛇形机器人需要具备自主感知与决策的能力。
通过搭载各种传感器，如摄像头、超声波、激光雷达等，机器人可以实时感知周围的环境信息，如障碍物位置、形状和距离等。
同时，机器人还需要具备自主决策的能力，能够根据感知到的信息，做出相应的运动和形态变换决策。
4.智能控制算法：可重构蛇形机器人的运动控制和形态变换需要依靠智能控制算法的支持。
通过采用机器学习、遗传算法、强化学习等先进的控制算法，可以使机器人具备更加智能化的行为和决策能力。
这些算法可以根据机器人的运行环境和任务需求，对运动控制和形态变换进行优化和自适应调整，从而提高机器人的运动效率和适应能力。
5.应用领域：可重构蛇形机器人在应用领域上具有广泛的潜力。
在救援领域，机器人可以通过变形的能力，适应各种复杂的环境，如狭窄的通道、倾斜的地面等，实施搜救行动。
在勘测领域，机器人可以利用其变形能力，穿越地下管道，进行管道检测和维护。
目录一、简介..........................................................................................................错误!未定义书签。
二、设计初衷 (2)三、创新点分析................................................................................................错误!未定义书签。
四、方案设计....................................................................................................错误!未定义书签。
1、构件图： (4)2、主要元件的图片、功能表： (4)3、实现过程： (6)五、结构设计 (6)1、底盘机构： (6)2、升降机构 (7)3、生命探测系统 (7)4、整体结构 (7)六、程序设计 (8)1、总程序概览 (8)2、避障 (9)3、搜救 (10)七、实用可行性 (10)八、成本分析 (11)九、应用前景 (11)一、简介图一作品整体图本蛇形机器人的存在作用是用于在地震等灾害后，进入狭小空间搜寻幸存者。
本机器人使用履带驱动，携带生命检测装置，定位装置，遥控装置以及双重避障系统。
本机器人较为小的体型以及多节化的设计，可以让机器人进入许多常规机器人难以进入的环境，头部带有的举升装置可以有效提高机器人的通过性能。
生命检查装置发现幸存者后会发送定位信号给搜救人员。
自带的气囊及螺旋桨则可以保证机器人在遇到深水区无法通行时也能顺利通过。
具体操作为救援人员可以通过遥控来控制机器人进入狭小空间搜救，在遇到障碍物时，较小的可以通过举升装置来通过，生命检查装置发现幸存者后会自动上传定位信号，当遥控信号遇到干扰时，系统会开启自动避障功能，继续进行搜救任务。
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——高层中枢决策”的控制逻辑，通过i2c 总线通讯。
上位机为PC 机控制，通过对总线的定时轮询来实现随时插拔关节。
此设计能方便地实现替换任意关节，能根据不同任务随时拆卸\安装新的关节，甚至实现带电插拔，极大的增强了蛇形机器人的可靠性和耐用性。
PC 机可以控制主机，从而实现对solid snake- II 的高层控制；也可直接控制solid snake- II 实验样机，实时的改变任意单元体的状态，实现底层控制。
每块从机上都有两路AD 采集，可以实时的采集关节的绝对角度值（需要用户自行改装电机），以修正来自主机的角度数据，实现有限度的基于行为的运动控制。
我们决定将来加装合适的传感器，以感知周围环境，实现各大限度的局部自主，从而实现基于行为的运动控制。
2），配套的程序构架：三），运动设计与实现：1. 蛇形机器人运动的动力学基础：蛇类生物的运动方式主要是通过蛇体扭矩的变化以及蛇体与地面的摩擦来共同提供动力。
在运动形式上为行波的传播；表现形式上主要有蠕动和游动两种基本方式以及由这两种方式相结合产生的各种复杂的运动方式。
蠕动主要由垂直方向的扭矩产生角度变化，由于相邻结构体的约束力和地面的摩擦反作用力的共同作用而产生的一种运动形式。
经过力的合成作用产生的水平方向的力可以驱动蛇体向前移动。
通过对蛇行机器人的动力学分析建模，我们建立机器蛇的相邻关节的运动受力关系模型如下：切向力的函数：法向力的函数：法向力：功率函数：其中T（s）为相邻关节的扭矩，s 为沿运动方向前进的长度。
2. 相位差对蛇体运动方式的影响：在实际的运动中，蛇类生物的运动方式有一定的固有模式，可以近似为三角波或正弦波在蛇体中的传播。
从仿生学的角度看，为了使蛇形机器人的运动满足蛇类运动的特点，就必须保证波形的顺利传播。
在对蛇形机器人的动力学分析的基础上，我们采用相互正交的连杆结构来设计蛇体，由于每一节可以有两个自由度，因此，我们可以实现蛇体的空间运动。
同时，相互正交的结构也是模块化设计的要求。
基于从控制机理上尽量模范生物蛇的原则，我们采用基于行为主义控制理论的蛇类运动学模型，其基本原理是：蛇的运动由一系列同时发生的简单动作或“能力”组成，通过自组织实现系统的复杂行为。
观察大量的蛇类生物运动录像可以发现，蛇的几乎任何复杂运动都是一个局部的、简单的状态以固定的相位差沿蛇体传播的过程。
如果把蛇体抽象为一杆数为N 的杆系，蛇类运动可归纳为如下简单运动学模型（设运动从t=0 时刻开始）：K(N,t) = K(N-1,t-Δ(t)) + C1*Σ(C2*t*ω(t-1)) + C3*L(t-1) （1）当前状态上一个相位状态外界信号修正值前次动作修正值其中:1．）(N,t)为t 时刻第N 节的状态;(这里的状态包括相对位置、角度关系)2．）K 为权值，代表当前状态与以前运动结果的关联度，C1*Σ(C2*t*ω(t-1))综合描述了外界信号对蛇体动作的影响；3．）ω(t-1)为上一时刻蛇体接受到的外界信号的函数，此参数描述了蛇体的外界信号接口，并且补偿由于时间流逝造成的外界影响越来越大，以至于当前控制命令被忽略的问题（这个问题在试验的初期出现过，由于时间流逝造成C1*Σ(C2*t*ω(t-1))项越来越大，以至于主要控制指令项K(N-1,t-Δ(t))可忽略）；4．）C2*t 为权值与时间衰减系数之积，描述了时间流逝对蛇的记忆产生的影响，两个分立动作之间时间间隔越长，前者对后者的影响也就越小，C2 通过试验确定；5．）C3 为权值，通过试验确定一组值，再在符合给定条件的时候赋给相应的控制变量；L(t-1)项描述了蛇体上一时刻的状态对当前状态的影响。
此参数非常重要，因为某些动作能否完成取决于上一时刻蛇体的状态，比如上一时刻蛇体处于翻倒的状态，则当前时刻“眼镜蛇式侧移”是无法完成的，这样就要求翻倒后L(t-1)能趋于某个极限，这样则K(N,t)->K(N,t-1)，即蛇体不会动；不动的状态持续一定时间，当外界信号修正值C1*Σ(C2*t*ω(t-1))达到给定阈值且相应标志值为真时，L(t-1)恢复原值，蛇体自动执行翻身动作；SolidSnake II 利用各关节处的舵机来控制各杆件的相对运动，以构成要求的姿态和运动过程。
我们的蛇形机器人具有多种不同的运动方式，包括：蠕动前进/后退，游动前进/后退，翻越障碍，横滚，横向游动，测滚等。
还有其他的辅助运动，包括抬起头部关节，翻倒后自动翻身等等。
同时，依靠蛇体中位的调节，我们可以实现蛇体在游动中的转向。
根据以上公式以及我们设计的运动要求，SolidSnake II 具有包括蠕动一个关节、扭曲相邻关节、固定一个关节在某个相位、放松一个关节等基本动作能力(即K(N,t))，通过（1）的简化模型K(N,t)=K(N-1,t-dt) （2）我们可以得到一个完整、平滑、比较自然的单个波峰，蠕动波形前进的运动，如图2 所示。
图2为保证蛇体运动时波形的延续性，我们设计在8 节蛇体内传递两个波形，这样在传递波形时，就可以保证波形的连续性（因为蛇体的节数限制波形数）。
同时，调节蛇体运动的水平和垂直的相位差，以及水平面内和垂直平面内的相位差，我们也可以得到不同的运动方式。
3.摩擦力对蛇形机器人运动的影响：蛇形机器人的蠕动和游动能否顺利进行，如何有效地减少摩擦，利用摩擦去推动蛇体运动也是一个必须解决的关键问题。
摩擦力与蛇体的重量，地面环境的粗慥程度有关。
经过分析，在不同的环境中，蛇体的弯曲角度与摩擦系数有着一定的联系。
但在大多数的平坦地面上，影响的主要因数是蛇体的重量、结构。
我们模拟进行了摩擦系数测试后，SolidSnake II 模型采用轻质塑料制成，有三种组合蛇体：裸机、半整机与整机；整机双向从动轮设计可以有效的降低摩擦力的影响。
同时，蛇体两侧增加的从动轮，实现了游动的平滑过渡，从动轮使有效摩擦力的作用明显增加。
经过实践测试，我们发现，从动轮的设计基本可实现蛇体的轻松游动。
同时，从动轮也不会减少蠕动的推动力。
4.蛇形机器人的自主运动：由于蛇形机器人可适应不同的环境要求，在防爆、反恐等领域有着广阔的应用前景。
因此，针对蛇形机器人的远程控制和自主控制也是一项研究的热点和难点。
SolidSnake II–研究版装配有摄像头和图像传输系统，通过远控计算机，方式可实现随时调节，因此机器蛇在复杂的环境中有自主避障的运动能力，可穿过复杂的迷宫环境。
同时，该蛇形机器蛇能跨越较低的障碍物。
SolidSnake II的主要技术参数：四、产品系列总体介绍一）、博创蛇形机器人介绍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。
北京博创兴业科技有限公司早在2001年研制出了UP-SolidSnake II蛇形机器人，是国内第一款也是唯一一款用于高等院校机电教学的蛇型机器人。
UP-SolidSnake是仿生机器人、机器人运动学和机电控制的机器蛇教学良好实验平台。
目前的UP-SolidSnake II蛇形机器人标准配置为12自由度。
二）、UP-SolidSnake II的构成图1为机器蛇的关节零件，采用开模注塑工艺，重量轻外形美观图2为机器蛇的驱动电机，这种伺服电机是航模、小型机器人上时常用到的舵机。
图3为机器蛇的单节模块，它由一个伺服电机（舵机），和一个关节零件组成。
图4为机器蛇的一个单元、由两个单节模块、两个轮子、一块从机板组成，即两节为一个单元。
蛇的每个单元都具有横向与纵向两个的自由度。
图5为机器蛇实物图，由6或8个单元以及蛇头、蛇尾组成。
蛇头内装有主控板且蛇头前端可加装摄像头。
图6为机器蛇整机配件图。
包括镍氢电池组一个，无线模块一个。
图1：关节零件图2：伺服电机（舵机）伺服电机关节零件图3：单节模块 图4：单元从机板 轮子 图5：实物图蛇头蛇尾电池无线模块图6：整机配件三）、UP-SolidSnake II的控制系统：整个SolidSnake控制系统，先由上位机（PC）通过无线串口发送指令字符串至蛇体主控板。
接着由主控板对指令进行解析重组，发送到各关节从机板。
从机板根据收到的主控板指令控制各关节的运动。
•主控板：一块，主芯片采用8位微处理器—mega128，放置于蛇头内•从机板：6块，主芯片采用8位微处理器—mega8，安装于蛇的各个单元上，每单元一块•接口：RS232/485 /USB•驱动控制：基于网络协议的伺服电机位置环•通讯链路：9600bps/433MHz数传电台•上位机：具有RS232/USB接口的PC系统PC端控制界面四）、UP-SolidSnake II技术参数列表实用版研究版关节布局12关节6单元16关节8单元结构长/宽/高800x65x65mm1000 x65x65mm重量 1.2kg 1.5kg工作电压直流6V直流6V工作电流2A 最大5A2A 最大5A控制主处理器8位微处理器—mega1288位微处理器—mega128从机板处理器6个8位微处理器—mega88个8位微处理器—mega8接口RS232/485 /USB RS232/485 /USB通讯链路9600bps/433MHz数传电台9600bps/433MHz数传电台驱动控制基于网络协议的伺服电机位置环基于网络协议的伺服电机位置环操作系统Windows2000/xp Windows2000/xp软件开发库通讯类源码、指令类源码通讯类源码、指令类源码运动设计软件单关节控制+整体运动控制单关节控制+整体运动控制运动数据游动、蠕动、侧移、抬头游动、蠕动、侧移、抬头、翻滚、原地转弯其他运动仿真软件运动仿真软件扩展无线摄像头红外传感器2个五）、常见问题l问：机器蛇是靠身体上的轮子驱动前进的吗？l答：不是。
