1. 研究目的与意义（文献综述）

蛇形机器人是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人，与传统的轮式或两足步行式机器人不同的是，它能够像生物一样实现“无肢运动”，在工业界被称为“最富于现实感的机器人”。

世界第一台蛇形机器人诞生于1972年的东京工业大学，随着时间的推移，人们对于蛇形机器人的研究更加地深入，所涉及的领域也更加地广泛。英国的oc robotics公司是目前国内外对蛇形机器人研究最为深入、工程化较为成功的机构，面向安检、航空制造、核设施检测等领域研发了一系列的蛇形机器人。该公司为空客英国公司开发了一类蛇形机器人，能够钻入机翼内部进行检测、紧固和密封；美国宾夕法尼亚州立大学研制了一种用于安检的蛇形机器人。该蛇形臂由3段独立的气动驱动单元串联而成，在第一段的根部还有旋转装置，可以实现蛇形臂360°旋转。蛇形臂的末端安装有一个cmos摄像头用于周围环境检测，每个端盘上分别安装了3个红外测障传感器；美国波士顿大学研制了一种用于临床医疗手术的蛇形机器人concentric-tube，该机器人由3个空心柔性管嵌套组成，总共6个自由度，通过改变每根管子旋转的角度和伸出的距离，就可以改变整个机器人的长度和弯曲度来实现机器人形状的控制，进而完成相关的医疗手术；国内航天科工集团研制了一款可以“下海”为海底油气管道做检测的蛇形机器人，可利用油气压力在管道内部穿梭，通过高精度漏磁检测技术，可以捕获并存储管道内外壁的腐蚀、缺陷等信息，实现对缺陷点的准确识别和精准定位。

蛇形机器人具有重心低、可微型化、可小型化等的特点。人们已经研制出了用于医学手术的蛇形机器人，它就是可以进入人体内的蛇形机器人手，凭借多自由度、微型的特点，能够进入人体并通过前端细小触爪进行手术操作。在探索太空的过程，“蛇形机器人”有望能够提高下一代火星车的科学产出，并使它们摆脱困境，如若研究成功怎能够避免2009年被卡住的美国nasa勇气号火星车类似事件的发生。同时蛇形机器人可以用于地震废墟搜救遇难者、火灾现场进行灭火、出入有毒气体泄漏场所进行救援等。

2. 研究的基本内容与方案

蛇形机器人具有在多种复杂环境中运动的能力，其运动大致分为：平面蜿蜒运动、侧向运动、伸缩运动、翻滚运动。 同时它具备爬杆能力、避障能力、抬头能力等。根据其多关节、高冗余度等特点，其结构可以选择十字轴万向节机械结构，这种万向节的结构特点在于：两个动力输出轴即为蛇形机器人运动所必须的两个正交轴，这样正交轴在同一个平面内，每个体节均具有2个自由度，完全正交的特点省去了单体节式相邻连接正交时体系偏差是控制更加准确和简便，而且要实现同样的运动和自由度这种结构省去了一半的体节。

由机构自由度知识可知，机构的自由度个数等于动力源数，应用在蛇形机器人研究中，即为蛇形机器人的自由度个数=舵机的个数。则蛇形机器人每个关节的舵机个数等于每个万向节的自由度数为2。且相邻两个关节的相对转动角度为-90°~ 90°，所以该结构满足蛇形机器人的运动要求，即具有可行性。

3. 研究计划与安排

第1－4周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解蛇形机器人国内外况，技术水平，弄清工作原理，完成开题报告。

第5－6周：完成蛇形机器人的机械结构设计方案，确定其装置的实现形式

第7－9周： 选择舵机型号，绘制出舵机的二维设计图；查阅文献并选择其控制方式。

4. 参考文献（12篇以上）

1.《waypoint guidance control of snake robots》——p#229;l liljeb#228;ck and kristin y. pettersen2013

2.《design of a modular snake robot 》——cornell wright, aaron johnson, aaron peck, zachary mccord, allison naaktgeboren,philip gianfortoni, manuel gonzalez-rivero, ross hatton, and howie choset2007.2
3.《visual sensing for developing autonomousbehavior in snake robots 》——hugo ponte2014.6
4.《generating gaits for snake robots: annealed chain fittingand keyframe wave extraction 》——ross l. hatton · howie choset2010

5.《design and architecture of a series elastic snake robot》——design and architecture of a series elastic snake robot2014
6.《modeling rolling gaits of a snake robot》——weikun zhen, chaohui gong and howie choset2015