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蛇形机器人研究进展

摘要：伴随着仿生技术的不断成熟进步和机器人领域的发展，蛇形机器人开始进入人们的视野，并成为专家、学者的研究焦点，同时也大大拓展了机器人的运用领域。本文阐述了蛇形机器人的研究背景和发展现状，并且根据其特点分析了目前存在的问题，展望了未来发展趋势。

关键词：蛇形机器人：研究进展：发展历程

1 引言

我国南方部分城市夏季雨水充足，同时雨季较长，这时就需要城市排水管道有着可靠且高效的排水系统，管道作为一种市政排污排水的重要设施之一，发挥着重要的作用。然而，管道会随着时间出现老化现象，难免出现破损、堵塞等现象，对城市排水系统造成隐患，定期的维护、检修的必要性可想而知；然而，人工传统的检测方法带来造成很多危险。例如2008年7月31日，安徽淮北市7名民工在检查污水管道时中毒。2009年5月26日萧山靖江镇机场，一名工人下到井内作业时发生意外。据统计，近几年国内每年城市排水管道检修、疏通事故共计千余起，造成了很多不必要的人员伤亡，同时经济损失间接达倒百亿余^[1]。管道是一种在日常生活中应用广泛的方便高效的物料输送工具，但由于有些特殊的管道输送某些化学物质，经过长时间腐蚀，难免出现泄漏、堵塞等现象，这些问题靠人力通常很难解决。又如管道的口径小，管道的检测维护是相当困难的事情，起初，如果管道出现了问题，人们用把整个管道挖出来的方式，进行检查维护，这样操作耗费大量的人力和物力，效率极低^[2]。现在即可采用机器人的形式来进行管道检测、疏通等作业，通过搭载不同类型的设备来完成管道内各种工作。随着科技的不断发展，蛇形机器人作为新型可移动的柔性机器人，因其具有多步态运动的能力，同时能适应复杂且多变的环境的特点，成为机器人研究领域的一个热点。蛇形机器人是一种通过模仿自然环境中的生物蛇的仿生机器人，灵敏性和柔性并存，在许多复杂地形场景下可以进行灵活的运动。蛇形机器人主要分为有轮与无轮这两种结构，有轮子的能够进行更加快速的运动，而无轮的则能够更优的适应复杂环境比如内外管道以及缝隙等窄小的地方的攀爬^[3]。蛇形机器人还具有较好的民用前景，如火灾现场搜救、井下毒体检测、管道检测、核电站辐射检查、桥墩侵蚀检查等，在人员不方便进入或有进入困难的高危险领域，均可利用成本较低的蛇形机器人代替操作人员，妥善地完成指派任务。结合这些优点和用途，近年来对于蛇形机器人的研究，得到了国内外学者的广泛关注^[4]。

2 国内外研究现状

2.1国外研究进展

蛇形机器人的发展研究历程尚且短暂，这一想法的出现源于二十世纪初期，但是限制于当时落后的技术水平，只能停留在理论概念阶段。直到1972年，日本的Hirose教授创造出第一台蛇形机器人^[5-8]，自此，蛇形机器人的研究得到了长足的进步，近年来国内外一些研究所进行了较为深入的研究，诸如日本、美国、挪威、德国等发达国家都高度重视蛇形机器人的原理及应用研究。