机器蛇
仿生机器人之机器蛇解读
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4）国防科大RoboSnake
国防科大RoboSnake是国内最早报道的蛇形机器人，最初为 二维结构，依靠从动轮前进，长约1.5米，重约3Kg。共分十七节。 它能在地上或草丛中自主地蜿蜒运动，前进、后退、转弯和加速等 都活动自如，最大运动速度可达每分钟二十米。最有趣的是，披上 “蛇皮”后，它还能像蛇一样在水中游泳，摆动着的“身躯”激起 层层涟漪。 10
德国人Gavin.H从约1997年开始从事蛇形机器人的研究 工作，到目前为止共设计并制作了S1,S2,S3,S4,S5五代蛇形机 器人，图3为S5。其研究已经达到相当高的水平，特点是：各 个关节形状尺寸不同，高度模拟生物蛇；为二维结构，无法 完成三维空间运动；依靠从动轮而不是摩擦运动，运动速度 很高，主要运动方式为游动。
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第四种方式是侧向移动，从头部开始，身体部分 顺次接地、抬起，完成前进运动，借助腹部与地面之 间的摩擦力移动。这种运动形式常见于沙地环境中的 蛇类运动。 另外，蛇的其他运动形式有：跳跃、绕身体脊椎 的回转、利用障碍物推动身体运动、蠕虫运动、滑行 冲击等。
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三、蛇形机器人结构形式
蛇体结构一
每组传动装置包括：1台直流伺服电机，1组一级齿轮减速，1组 丝杠螺母传动，以及1个球形连接关节。底部有1个滑动轴承作为轮 子以减少摩擦。在各单元节之间的附加球型关节使得仿蛇机器人在 地表的明显不规则运动得到一定补偿。在大多数运动模式下，每个 铰链的运动或每个单元节的垂直方向自由度,并非由机器人控制器 控制,而是由地表的几何形态进行被动的控制。仿蛇机器人的所有 单元节以同样地方式进行设计。 16
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1）美国宇航局(NASA)的SnakeBot
NASA于1999年开始研究多关节的蛇形机器人，计划在 其太空计划中用于行星地表探测以及空间站维护工作。其第 一代蛇形机器人如图所示。它采用相邻正交的串联机构，由 中央计算机集中控制。该机器人能完成蠕动前进，游动前进， 翻越简单障碍物等功能。
仿生机器人之机器蛇解读
第二种是直线运动，即履带式运动。由于蛇没有胸 骨，它的肋骨可以前后自由移动，肋骨与腹鳞之间有 肋皮肌相连。当肋皮肌收缩时，肋骨便向前移动，这 就带动宽大的腹鳞依次竖立，即稍稍翘起，翘起的腹 鳞就像踩着地面那样，但这时只是腹鳞动而蛇身没有 动，接着肋皮肌放松，腹鳞的后缘就施力于粗糙的地 面，靠反作用把蛇体推向前方，这种运动方式产生的 效果是使蛇身直线向前爬行，就像坦克那样。
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1）美国宇航局(NASA)的SnakeBot
NASA于1999年开始研究多关节的蛇形机器人，计划在 其太空计划中用于行星地表探测以及空间站维护工作。其第 一代蛇形机器人如图所示。它采用相邻正交的串联机构，由 中央计算机集中控制。该机器人能完成蠕动前进，游动前进， 翻越简单障碍物等功能。
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2）德国Gavin.H S1-S5
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4）国防科大RoboSnake
国防科大RoboSnake是国内最早报道的蛇形机器人，最初为 二维结构，依靠从动轮前进，长约1.5米，重约3Kg。共分十七节。 它能在地上或草丛中自主地蜿蜒运动，前进、后退、转弯和加速等 都活动自如，最大运动速度可达每分钟二十米。最有趣的是，披上 “蛇皮”后，它还能像蛇一样在水中游泳，摆动着的“身躯”激起 层层涟漪。 10
5）中科院沈阳自动化所蛇形机器人
同样采用正交串联结构，可以完成蠕动前进、游 动前进、滚转等运动。并给予可重构的思想提出一种新 型结构。
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二、蛇形机器人的运动模式分析
第一种是侧摆和起伏，所有的蛇都能以这种方式 向前爬行。爬行时，蛇体在地面上作水平波状弯曲， 使弯曲处的后边施力于粗糙的地面上，由地面的反作 用力推动蛇体前进，如果把蛇放在平滑的玻璃板上， 那它就寸步难行，无法以这种方式爬行了，当然，在 自然界是不会有像玻璃那样光滑的地面的。
世界最快飞蛇真相 爬行动物没翅膀如何飞
世界最快飞蛇真相爬行动物没翅膀如何飞tudou1125 发表在科学探索华声论坛平时身体呈圆筒状滑翔时身体呈扁平状天堂金花蛇会游泳也能飞信不信由你，有些蛇是会飞的。
没有翅膀的爬行动物，如何能翱翔天际呢？杰克·索哈喜欢摆弄蛇，也是一位研究生物力学的科学家。
对于动物的运动，杰克非常感兴趣。
杰克说：“我们并不了解，蛇为什么要进行这样的空中移动。
是为了躲避掠食动物？为了捕捉半空中的猎物？还是要去一个新的地方寻找食物？那么，这些蛇到底是怎样飞起来的呢？”杰克决心解开这个谜。
杰克是一名芝加哥大学探寻有关飞行问题的专家，无意中，他成为了研究“飞蛇”的世界权威。
少年时的杰克喜欢理科和工程学。
他更感兴趣的是转子，而非爬行动物。
然而，当他听说有些蛇会飞时，就从动物学新手变成了蛇类专家。
生活在东南亚雨林的天堂金花蛇，敏捷地穿梭于枝叶茂密的树冠层中，猎捕蜥蜴为食。
虽然天堂金花蛇之类对人大多无害，但其毒性足以让壁虎丧命。
它也可以活活把猎物勒死。
然而，它最了不起的适应性表现，是能从半空中滑过。
当杰克听到新加坡有一种会飞的蛇后，他便从他的芝加哥大学的研究中心来到世界的另一端———新加坡。
新加坡有一种会飞的蛇名叫天堂金花蛇一处岛屿，一个国家，一座城市，新加坡的摩天大楼比高耸的树木更出名。
不过，这里就是杰克要找蛇的地方。
杰克说：“这里有原始雨林，我想，蛇类的…飞行‟最初就是在这样的环境中进化来的……树木很高，相互间有空隙，滑行的空间很大。
”新加坡有会飞的蛇，这可是个新发现。
甚至对许多新加坡人来说都是新鲜事儿。
杰克一行人分成两组。
他们在建筑物中寻找，因为“飞蛇”会来这些地方捕食蜥蜴。
它们也会吃小鸟和蝙蝠。
这种会飞的蛇名叫天堂金花蛇。
经过多天的不懈努力，他们终于抓到了一条新加坡的天堂金花蛇。
从外观看，这种动物没有适于滑行的特别变化。
显然，它没长翅膀，也不像是会飞的样子。
不过，它是爬树高手，在地面移动的速度也很快，会游泳，也能飞。
英文综述1-12分解
1.A Simulator to Analyze Creeping Locomotion of a Snake-like Robot开发模拟器去模拟机器蛇的爬行运动，其中的机器人动力学建模（关节位移和重心位的关系，单个关节受力分析）和与环境的相互作用可以认为符合库伦摩擦，用机器蛇实现了爬行动作同时也仿真出了机器蛇的爬行动作，但由一条机器蛇的关节数和关节长度等是已知的，通过调节初始角度仿真得到了最佳的爬行运动，通过实验发现机器蛇的运动由两个关节间节点的滚动产生的。
2. Control of a Snake-Like Robot in an Elastically Deformable Channel超冗余机器蛇在通过狭窄弯曲的路径，一直以来很难对其进行模拟和控制。
提出一个基于非压迫的控制方法，把一个由五个模块组成的机器蛇作为传感器通过未知曲率的泡沫通道。
开环波形在已知的路径中运动，通过改变机器蛇的角度幅值就可以控制其位置和速度。
把含有弯曲的路径加到已知的路径中时，开环波形控制无法让机器蛇向前运动。
为了使机器蛇能在未知的弯曲路径中运动，如果机器蛇进入弯曲路径就会监测到电机电流的一个误差信号，利用机器蛇运动所具有的对称性可以把某个电机的电流信号用于构造一个错误信号，这样就用一个简单的波形和仔细挑选适当的电机电流信号，把五个模块连接组成的机器蛇通过弯曲弹性路径的复杂的问题简化为单输入单输出控制问题，无需外部触觉传感器，控制器只仅仅需要机器蛇关节变化时的数据和电机的电流信号就了解弯曲的路径。
基于电机特性不断调节机器的运动波形参数，使机器蛇向前和反向运动。
从而得出机器蛇不依靠摩擦力或复杂的模型的简单控制方法，这个控制方法应用到医疗内窥镜检测技术。
3．Autonomous control of real snake-like robot using reinforcement learning传统的自主控制的机器人的强化学习会遇到学习时间长和缺乏通用性两个问题，作者认为出现这两个问题的原因不是学习算法的问题，而是忽视了现实世界的特性。
乐高EV3蛇形机器人教案
教 案
课
程名称 蛇形机器人 年龄
段
9+ 教师
教学目
标
复合杠杆运用。
超声波传感器与并行程序的使用
课前准
备
教学过程 着重点
联系
1问见过蛇吗？ ——看图片和视频
2蛇攻击是不是很快啊？ 动力马达 3攻击时要伸脖子 4看到有东西来的时候攻击
蛇的攻击特点 外观 看见东西 建构 1叉叉——工具与恐龙那节课的嘴巴
2多个叉叉-复合式杠杆——蛇的前半身
3展示剪刀剪得动作蛇头就可以攻击。
4用电机动起来——要固定 5蛇头怎么看见东西——超声波传感器 6蛇的尾巴摇动——中电机 6编程看见东西咬住等3秒回来
7咬的同时尾巴并行程序运行
剪刀引导 复合式杠杆 力的引导一边加
上电机一边固定。
一种蛇形机器人闭环控制系统设计
作 ，但 由于仍使用开环控制 ，运动控制不具有反馈 ，大多数控制数据依赖于上下位机单 向通信方式 ， 因此在 实际使 用 中复 杂地形环 境 下难 以保证运 动 的精度 ．针对 这个 问题 ，本文将 在该平 台的闭环控 制
与反馈通信上进行一些探索 ，以实现其闭环控制和局部 自主控制，提高运动和控制精度．
一
种蛇 形 机 器 人 闭环 控 制 系统 设 计
徐 敏 ，邹 莹２
（ ．厦门理Ｓ 学院 电子与 电气工程系 ，福建 厦 门 ３ １２ ；２ １ － ６０ ４ ．北京航 空航天大 学机器人研究所 ，北京 １０９ ） ０ １１
［ 摘
要］针对 Ｓｌ Ｓ ａｅ ｏ ｄ ｎｋ２蛇形机器人开环控制结构、运动和控制精 度 不能得 到有效保证 等问题 ，提 ｉ
维普资讯
第１ ６卷 第 ３期 ２０ ０ ８年 ９月
厦 门理 工 学 院 学报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ｏｒａ ｆ Ｘｉ ｍｅ ｉｅ ｓｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｙ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ． １１ ３ Ｓ ｐ．２０ ｅ ０８
［ 收稿 日 ］２０ － ６ ２ 期 ０８ ０ － ７ ［ 修回 日期］２０ — ９ ０ ０８ ０ ～ １
［ 者 简 介 ］徐 敏 （ ９ ３ ，男 ，福 建 龙 岩 人 ，副 教 授 ，从 事嵌 入式 技 术 与智 能控 制 研 究 作 １６ 一）
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度 ，这 对 多机 协 调 的控 制 应 用 具 有 一 定指 导 意 义 ．
［ 关键词］ 闭环控制 ；通信协议 ；单片机 ；蛇形机 器人 ［ 中图分类 号］Ｔ ２ ２ ［ 献标志码 ］Ａ 【 Ｐ ４ 文 文章 编号］１０ ３０ （０ ８ ３ ０ ３ ０ ０ ８— ８ ４ ２ ０ ）０ ～ ００— ５
哈工大仿生感知与先进机器人课程报告(2)
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。
蛇形机器人论文
上海电力学院本科毕业设计（论文）题目：仿生机器蛇的设计与仿真院系：电力与自动化工程学院专业年级：测控技术与仪器学生姓名：学号：指导教师：【摘要】在仿生机械学中，模仿生物蛇而衍生的机器蛇将逐渐具备灵活的变形特征。
具有多于确定机器人空间位置和姿态所需的自由度，使得它可摹仿生物蛇的运动状态，在许多的领域具有广泛的应用前景。
本文提出了一种类似正弦波形的7关节三动杆蛇形机器人结构，并对该机器人的步态进行了分析，对其前进的方式进行了数学建模设计，最后使用软件ADAMS2007进行运动的计算机建模和模拟仿真，通过仿真，验证了模型的步态过程与端点的轨迹曲线。
为该蛇形机器人在具体设计制造前提供了理论和仿真。
关键词：蛇形机器人；运动模拟；ADAMS建模仿真【Abstract】In simulation mechanics, snake-machine which derives from simulating biological snakes becomes more and more flexible. Snake-machine is a highly redundant robot which has more freedoms which is needed in space location and gestures than definite robot, thus it can simulate the movement of snake and has a better prospect: for example it can execute investigation missions、mine sweeping and searching. The variation of movement makes it has a better ability of adaption, every joint derived separately, it has a strong load capacity and easy maintenance. This article provides a structure of sinusoidal seven joints snake-machine, and gives a conclusion by using the software ADAMS2007 to execute the modeling of motion and simulation. This snake-machine gives theory and simulation before specific design and manufacturing.Key Words:Snake-like robot；Motion simulation；ADAMS Modeling and Simulation目录1 绪论.......................................................... - 1 -1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2仿生机器蛇的研究现状及发展 (1)1.2.1 国外研究现状......................................... - 1 -1.2.2 国内研究现状......................................... - 5 -1.3蛇的运动方式. (6)1.4本文的研究内容 (7)2 仿生机器蛇的运动分析及步态研究................................ - 9 -2.1引言 (9)2.2仿生机器蛇运动模型 (9)2.2.1 仿生机器蛇的侧向运动模型.............................. - 9 -2.2.2 仿生机器蛇的蠕动运动模型............................. - 10 -2.3仿生机器蛇的步态研究. (11)2.3.1 仿生机器蛇的模型结构设计............................. - 11 -2.3.2 仿生机器蛇的步态研究................................. - 11 -2.3.2 仿生机器蛇的步态与位移分析........................... - 12 -2.3.3 仿生机器蛇各连杆间的相对角位移....................... - 14 -2.3.4 仿生机器蛇设计....................................... - 14 -2.4本章小结. (16)3 仿生机器蛇的ADAMS仿真....................................... - 17 -3.1ADAMS软件介绍 (17)3.2仿生机器蛇的ADAMS仿真流程 (18)3.3仿生机器蛇的ADAMS仿真模型参数 (19)3.4仿生机器蛇的ADAMS仿真结果分析与验证 (21)3.5本章小结 (27)4 总结......................................................... - 28 -4.1结论 (28)4.2展望 (28)致谢........................................................... - 29 -参考文献....................................................... - 30 -附录........................................................... - 31 -附录1：ADAMS中的STEP和IF函数及方形波函数 (31)附录2：ADAMS中的约束关系 (33)附录3：万向节 (34)1 绪论1.1 课题研究的背景及意义蛇的生存环境是非常多样化的：森林、沙漠、山地、石堆、草丛、沼泽甚至湖泊。
仿生蛇说明书
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。
机器蛇系统构架和运动原理
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1、步距产生阶段 通过计算机串口输入数据控制机器蛇尾 部第2节点处的舵机，使舵机沿着 顺时针方向旋转过一定 的角度,由于要克服杆的重力、地面的摩擦力和相邻杆件之 间的约束，使第1节连杆和第2节连杆产生垂直方向的角度 变化,在结束时，形成的机器蛇体态，如上图B，可以产生 水平方向的一个步距，即图示的位移L。
尾部
A
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B
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B1
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B2
1
B3
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C
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D
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E
F
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G1
H1 I1
图1:单波传动机理的示意图
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仿生蛇形机器人的设计及研究
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中国机器蛇无孔不入
会 儿 前 进 、 退 ，一 会儿 后 拐 弯 和 加 速 ， 最 大 前 进 其 速度可达每分钟 ２ ０米 。
● 我 国第 一 台机 器蛇 原型
中摆动 的身躯在水 面激起
层层 涟 漪 。
这 条机 器 蛇 的 问 世 标 志 着 我 国机 器人 技术 又 有 了新 的 突 破 。
蛇 的 第一 代 产品 将 于不 到一 年 的时 间里 问世 ， 时工 程 师 届
将 命 夸其 完成 部 分 高难 度 的动 作 ， 如说 完 垒 站立 起来 行 比
走等。
灵感来源—— 《 动物 世界 》
谈 到这 条蛇 形 机 器人 的 研发 过 程 ， 悉 的人 都 说 ， 熟 这
不 亚于 一 场 艰苦 的 科技 创 新 攻坚 战 ２Ｏ 年 ４ ｒ１ ｉ 月的一 天 ， 中央 电视 台 动物 世 界 》栏 目正 在播 放 一 个介 绍 蛇 的节
一
将 机 器 蛇 运 动 前 方 景 象 实 时 传 输 到后 方 的 电脑 中 ， 科 研 人 员 则 可 根 据 实 时 传 输 的 图像 观 察 运 动 前 方 的 情 景 ，不 断 向 机 器 蛇 发 出 各 种 遥 控 指 令 。更 为 引人
台 蛇 形 机 器 人 进 行 公
发进 国 家 部十 分 重视 蛇 形 机 器 人 的研 制和 开 发 。 日本
是 最 早 开 展蛇 形 机 器 人研 究 的 国 家 ，东 京 科技 大 学 于 １ ７ ９２ 年研 制 出世 界上 第 一个 蛇 形 机 器人 ，其 速度 可 选 ４ Ｏ厘 米 ／
秒。
而 美 国的蛇 形 机 器 人 研 究 则代 表 了 当 今世 界 的先 进 水 平 ，２ ０ ０ ０年 １ ０月 ，美 国航 空 航天 局 在加 利 福 尼 亚装 备 研 制
机器蛇的仿生原理
机器蛇的仿生原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊超酷的机器蛇的仿生原理，这可真的是太有意思啦！
你想啊，蛇那家伙，在草丛里“嗖嗖”地就滑过去了，那动作多灵活！机器蛇就是模仿蛇的这些特点来的呢。
就好像我们人学习游泳，得模仿鱼儿的动作一样，神奇吧！比如说机器蛇的身体结构，那可不是随便设计的哟。
它就像蛇一样，可以弯曲、扭转，多灵活呀！
再看看它的行动方式，哇哦，那简直和真蛇有的一拼！真蛇是怎么前进的呀？不就是靠身体的弯曲和伸展嘛。
机器蛇也一样呢，通过巧妙的机械设计，让自己能够像蛇一样蜿蜒前行。
你能想象到那种感觉吗？就好像一条金属的蛇在你的面前悄悄地“爬”过。
还有啊，机器蛇的感知能力也超厉害！就像蛇能够敏锐地感知周围的环境一样，机器蛇也配备了各种厉害的传感器。
这就好比我们人有眼睛、耳朵去感受世界，机器蛇也有它自己的“眼睛”和“耳朵”呢！它能察觉到前方有没有障碍物，聪明吧？
“哎呀，那这机器蛇用处肯定很大吧？”你肯定会这么问。
当然啦！它可以去那些我们人很难到达的地方进行探索呀，比如狭窄的管道、复杂的废墟。
这不是超级酷嘛！
我觉得机器蛇真的是科技的一大奇迹呀！它让我们看到了人类的智慧是多么强大，可以模仿自然界的生物造出这么神奇的东西。
它的未来肯定不可限量，会给我们的生活带来更多的惊喜和便利呢！。
机器蛇说明书
机器蛇说明书作者：徐亮，邹庆东，吴珂科，徐欢欢机器蛇，是一种新型的仿生机器人，具有低重心、多关节、多自由度、多冗余度等特点。
它与传统的轮式或两足步行机器人不同的是，它实现了像蛇一样的“无肢运动”。
我们设计的机器蛇具有前进、后退、拐弯、抬头、侧向翻滚等多种运动方式，并具有较强的环境适应能力。
◆机器蛇的主要特点1、适应各种路面这种“无肢运动”最大的优点在于它能够在各种不同的路况下前进。
轮式和两足步行机器人一般都只能在地面上行走，而且对路况的要求比较高。
机器蛇的超多自由度使其身体具有柔软的特性，能够适应各种不同的工作地面，有较强的环境适应能力。
2、抗干扰能力强机器蛇还具有很强的抗干扰能力。
首先，在运动过程中，机器蛇细长而柔软的身体始终接触地面而保持最低的身体重心，使其具有高度的稳定性。
其次，由于我们的机器蛇四个侧面都是对称的，即使在运动时受到外界一些不确定因素的干扰，比如从斜坡上翻滚下来，或者外界推力使其翻身，机器蛇都可以自动判断当前应该将哪个侧面作为底面，并执行相应的运动程序，保持了机器蛇的运动能在复杂工况下连续进行。
3、模块化设计机器蛇的各个关节在结构上是相同的，便于设计和维护，即机器蛇的执行单元具有机构上的可重构性。
机器蛇系统的硬件和软件系统均易于采用模块化设计，这些相同的模块在设计、制造、装配过程上是统一的，大大缩小了设计周期，降低制造成本，同时便于机器人的维护和零件的替换。
4、可在狭小空间工作机器蛇身体比较小，更适合于在一些管道等窄小的地方行走，这也是普通机器人难以达到的。
◆机器蛇的机械结构机器蛇在机械结构上采用了一种串联杆系结构，通过关节的相对转动角度达到相应的运动姿态以实现规定的运动。
同时各个关节在结构上采用了模块化设计，以便于结构设计和维护。
机器蛇的每个关节均装有伺服舵机，各个关节模块以转轴为轴心，在电动机的驱动下，在平面内作ο90-到ο90+的旋转。
相邻关节正交连接，一个关节在偏转方向旋转，另一个关节在俯仰方向上旋转，结合起来就可以实现三维空间内的运动。
基于K210的电缆沟视觉巡检机器蛇开发
《工业控制计算机》2021年第34卷第5期113基于K210的电缆沟视觉巡检机器蛇开发Development of Visual Inspection Snake Robot for Cable Trench Based on K210黄荣辉1韩丹2蒋为1（1中国民航大学电子信息与自动化学院，天津300300；2中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局，天津300300）摘要:针对电缆沟巡检对机器人低重心运动形态与沟道探测的工作方式的要求，设计了一种基于机器视觉的仿蛇型结构的机器人，它具有沟道运动与探测分析能力。
机器人控制系统以Kendryta K210为核心，完成了机器蛇姿态控制发生与控制系统的硬件设计。
基于YOLOv2网络模型，完成本地自分类特征提取模型在主控模块上的部署。
最后，实现了在PC机上对巡检机械蛇的控制与信息获取。
测试结果表明，所设计的电缆沟视觉巡检机器蛇可有效辅助进行日常电缆沟道巡检的工作，提高了工作效率。
关键词：电缆沟巡检;机器视觉；Kendryte K210；机器蛇Abstract:"order to meet the requirements of low gravity center movement tnd channel detection working mode of the robot for cable trench patrol inspection,a snake-like robot based on machine vision is designed,which has the ability of channel movement tnd detection analysis in this paper.Kendryte K210is the core of the robot control system,and the hardware design of robot snake attitude control generation md control system is completed.Based on the YOLOv2network mod-el,the local self-training feature extraction model is deployed on the master control module.Finally,the control ind information acquisition of the inspection mechanical snake on PC are realized.Keywords:cable trench patrol inspection,machine vision,Kendryte K210,snake robot电缆沟是用于放置电缆,起线路保护作用的基础设施。
工大学生才智多,研制机器玩具蛇
工大学生才智多，研制机器玩具蛇
这个是哈尔滨工业大学学生研制的机器玩具蛇。
只要打开电源，按操作键盘的不同按钮，类似玩具火车又比火车灵活许多的机器蛇，就可以随你所愿的做起各种动作。
据玩具谷了解，因为蛇身体的特殊结构，使它可以通过多种方式运动，并且控制也较为简单，所以，蛇总是成为玩具厂家的宠儿。
而这次工大学生们做的玩具蛇，体积比较小，结构也简单合理，并且采用了独创的控制电路，将复杂的行动简化为基础运动。
机器蛇由多个关节串联而成，每个关节均具有一个独立的自由度，因此每个关节都能够独立控制，每个关节均有一个独立的伺服电机作为驱动器，产生一个回转自由度，通过多个关节的相互配合，模拟蛇形曲线驱动整个机器蛇前进。
据成员介绍：这款玩具，控制简单，可以实现左弯曲、右弯曲、左右漂移、蠕动前行、越障、左右打圈、抬头、低头等十几种动作。
而这些看似复杂的动作，都是由五个基本动作组合而成的。
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·气压驱动 ·单个关节时并联机构 ·简单的控制策略VS复杂的控制策略·
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
五、全自主设计
蛇身机构部分
改进后 改进前
气动控制系统
自主设计的阀岛
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
测试现场
迷宫测试
草地测试
电磁阀响应测试
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
·气压驱动 VS电机驱动 ·单个关节时并联机构VS 爬行与转弯独立驱动 ·简单的控制策略VS 刷子或滚筒直接擦拭玻璃
小体积，大输出
易与3-RPS并联机构配合 易调节输出速度和力量
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
2、单个关节并联机构
东京工业大学的机器蛇 Hunter设计的3-RPS机构
• 树洞里的小松鼠 • 勘测小洞穴时，往往地形复杂
工程价值---潮湿环境对性能几乎无影响
• 蛇身前端安装气爪 • 方便在管道中布置传感器等
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
·气压驱动 ·单个关节并联机构VS单个关节串联机构 ·简单的控人？”——竺可桢校长
串联
并联
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
3、简单的控制策略
采用开环的控制方法，稳定，简单。 其并联结构决定了其控制的鲁棒性和环境适应性。 利用步态及机械结构本身的自适应性，实现避 障及越障的功能，大大降低算法的难度。 没有采用传感器，成本低。 简单的控制策略决定我们步态的多样化。
获得成果
日内瓦国际发明展金奖
国家发明专利一项（申请公开） 实用新型专利一项（已授权）
浙江大学挑战杯竞赛一等奖
浙江省挑战杯竞赛二等奖
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
六、应用前景
生活用途---身姿轻巧
• 进入细缝拾取物品 • 进入床底进行打扫
科研价值---自适应性高，自动避障
蛇身 整体运动
·气压驱动 VS电机驱动 ·单个关节时并联机构VS 爬行与转弯独立驱动 ·简单的控制策略VS 刷子或滚筒直接擦拭玻璃
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
优点
微型电磁先导阀作方向阀 无需考虑电路短路问题
作用
降低控制单元的空间 适用于潮湿环境
功率密度比大
实现直线驱动 气源压力可调
目标三
优化管路，阀，气泵等气动元件的布局，使 得机器手的尺寸尽量减小，使用范围更大。
基于目标二，三的基础上，完成对整个仿蛇 机器手的设计和制作，成功完成我们原先设 定的目标——在我们的控制下，帮助我们越 过障碍拿取物品。
目标四
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
三、同类领域的背景
基于3-RPS并联机构的多 冗余机器人的研制
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
一、问题来源
物品掉落在床铺与墙壁之间的缝隙，人手不方便抓取
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
二、预定完成目标
目标一 目标二 完成对关节处机械结构的设计 成功完成对二，三个关节的气动系统设计和 控制。
气压 驱动
•气缸驱动蛇身运动 •决定了机械结构简单
创新点 归纳
并联 结构
简单的 控制 策略
自主设计 气动控制 系统
•采用3-RPS机构 •单关节有三个自由度 •决定了多样的步态组合
•开环控制方法 •稳定简单，具有很高的环境适应性
•减小了控制系统空间 •便携、易封装
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
主要特点 缺陷 尺寸庞大，很难实现伸缩的姿态，防 水成本高。 自由度少，驱动力不足。 研发周期长，稳定性差，自适应能力 不佳。
完全靠电机驱动
单个关节为串联机构 控制策略复杂
“到浙大来做什么？将来毕业要做什么样的人？”——竺可桢校长
四、我们的设计思路——1、气压驱动
外部气泵 提供压力
电磁阀 阀岛
微型气缸