当代移动机器人的研究领域正朝着非结构环境下的自主作业方向发展，而传统的轮式或履带机器人以及步行机器人由于运动稳定性差和地面适应能力差等不足，已经不适应非结构化环境下作业的要求。解决问题的出发点在于运动方式的转变。在自然界中，生物蛇的运动具有：运动方式多变化，良好的地面适应性及运动稳定性等典型特点。于是，在仿生机械学中，模仿生物蛇而诞生的蛇形机器人应运而生，它将逐渐具备上述特性。蛇形机器人是一种高冗余度移动机器人，具有多于确定机器人空间位置和姿态所需的自由度，使得它可以摹仿生物蛇的无肢运动。蛇形机器人的这些特点，使得它在倒塌建筑物中的抢险救灾、军事侦察、星际探索等高危险环境下具有广阔的应用前景，研究和制作蛇形仿生冗余度机器人将很有吸引力。 国外早在60年代晚期就已经开始了冗余度蛇形机器人的研究和设计。尽管近年来有关蛇形机器人模型的研制取得了不少进展，但是建立的模型的针对性太强，缺乏通用性，而且有些的研究仅停留在理论层面。 针对目前蛇形机器人研究领域的薄弱环节，本文全面分析了蛇形机器人研制的全过程，重点讨论了蛇形机器人的结构设计、运动分析和控制体统中结构设计和人机界面HMI的开发，在篇末对蛇形机器人的导航，基于传感器的路径规划做了简要的阐述。论文的主要研究内容如下： 1. 蛇形机器人结构设计方面的研究 我们自己研制开发出了研制开发出了一种新型的、能同时具有水平和正交串联两种连接方式的、框架结构、的蠕动蛇形机器人，在结构上实现了陈丽等人的可重构思想和东京大学的Shigeo Hirose教授提出的ACM模型的设想。该结构的突出特点在于轻质、灵活性、模块化、可重构。 2. 蛇形机器人运动学的D-H分析 我们把自然界蛇的结构加以简化，提出了连杆铰链机构,分析了自然界蛇的典型运动方式。基于连杆铰链机构，我们对蛇形机器人作了D-H分析，把蠕动蛇形机器人的执行单元简化为一个平面1DOF的转动副，而机器蛇整体可以看作是一个多自由度的连杆机构。因此可通过分析各个执行单元的D-H参数，得到各个单元的齐次矩阵，进而推导出蛇形机器人执行单元平行连接和交叉连接两种情况下的运动位姿、速度公式。 3. 蛇形机器人的步态规划 该部分重点阐述了蛇形机器人的直线运动步态和抬头步态，并对侧向盘旋运动做了简要的分析。在直线步态中，该部分重点阐述了蛇形机器人直线运动步态运动时的三角波推进机理，利用平面四杆机构的知识分析了三角波推进时的运动，并根据运动仿真的结果拟合出了在任意初始转角下相对角速度出现突变时对应的角度公式；构造了一个较优的电机（沿波传递方向）角位移的二次函数；提出了一个关于初始转角大小的评价函数并给出了结论；分析了抬头步态时关节姿态的调整但并没有进行定量计算。结尾对侧向盘旋运动做了简要的分析。 4.蛇形机器人控制系统的研究 提出了PC机－无线传输－UART串口－上位机－下位机－驱动电机的分散控制，集中管理的控制模式。重点研究了基于MCGS组态软件的人机界面HMI的开发和上下位单片机系统的开发。在人机界面系统的开发中，有五大人机交互的功能模块，为蛇形机器人的人机对话控制提供了全面的解决方案。在实现上述三层控制模式中，分析了有关人机界面、硬件的通用性等六个方面的难点并给出了解决方法。 5.蛇形移动机器人的导航问题 本部分阐述了蛇形移动机器人的导航问题，限于篇幅，只重点阐述了基于传感器的导航问题，对非结构环境下的运动规划也仅仅做了简要的分析。基于多传感器融合的特征提取方法、即时定位与地图创建将会是蛇形机器人在非结构环境运动规划方面值得进一步研究的地方。 国内外有关移动机器人在非机构化环境下的到运动规划研究很多，这些研究在很大程度上可以成为蛇形机器人研究的借鉴,并在篇末指出了该领域今后研究中几个可能的热点内容。