蛇形机器人与环境的交互作用力是随运动变化的，同时具有多样性、不可预测性和不易测量等特点。诸多因素导致控制方法从作用力角度引入环境信息具有复杂性和局限性。基于上述原因，本研究将环境作用力作为未知因素。研究目标是控制蛇形机器人在摩擦系数未知的平面上产生满足期望性能的蜿蜒运动。期望性能即运动需求。平面的摩擦系数未知导致步态与运动性能之间的关系未知，因此蛇形机器人完成运动需求存在困难。　　能量从供给到动能的转化过程形成了蛇形机器人的运动，本文将这个动态平衡过程称为能量平衡，能量供给取决于控制量决定运动是否满足运动需求，能量耗散从整体角度反应蛇形机器人与环境的交互作用。因此，本研究基于能量平衡对未知环境下蛇形机器人的蜿蜒运动展开研究。　　首先，针对在摩擦系数未知的平而上，蛇形机器人如何根据与环境的交互信息确定蜿蜒步态的问题，即蜿蜒步态生成方法展开研究。以蛇形机器人蜿蜒运动动能作为研究对象。在摩擦系数未知的平面上，关节控制量与运动动能之间的关系未知，蛇形机器人需要不断地调节步态，选择运动动能满足期望动能的步态。步态调节时间的长短即适应速度，决定平均运动动能。因此，提高未知环境下蛇形机器人蜿蜒步态的适应速度具有重要意义。从生物蛇的运动机理可知，适应速度取决于能量从供给到运动动能的转化效率。在能量转化过程分析的基础上，提出基于能量平衡的蛇形机器人被动蜿蜒步态生成方法。该方法的控制量力矩的幅值受能量需求调节，实现蛇形机器人根据不同的环境和不同的运动需求调节步态;同时，该方法以优化控制效率为目标，控制能量流向最佳方向，实现适应速度的提高。实验证明，该方法较已有方法提高了蛇形机器人在未知环境下蜿蜒步态的适应速度。　　其次，在步态生成方法的基础上，控制蛇形机器人完成不同的运动需求。由于蛇形机器人在实际应用中转向、避障和路径跟踪运动都涉及到方向控制。同时，线速度是位移、动能等性能的基础。因此，本研究针对蛇形机器人方向和速度两个方面展开如下研究。　　在未知环境下，蛇形机器人在蜿蜒运动过程中侧滑是不可避免的。未知环境和侧滑导致蛇形机器人的关节控制量与运动方向之间的关系具有不确定性。这种不确定性导致现有方向控制方法不可用。因此，在被动蜿蜒步态生成方法的基础上，提出基于力矩补偿的蛇形机器人方向控制方法。该方向控制方法的原理是利用输入能量的对称性调节蛇形机器人的运动方向，实现蛇形机器人在未知平面环境下沿着期望方向运动到达目标点。同时，提出目标点引导策略，结合基于力矩补偿的蛇形机器人方向控制方法，实现蛇形机器人跟踪不同的曲线和直线路径。实验证明，该方法实现了未知环境下蛇形机器人的定点运动和路径跟踪运动。　　基于能量平衡的被动蜿蜒步态生成方法实现了蛇形机器人运动动能到达期望动能。相应的，可以通过调节期望动能，实现线速度到达期望值。但线速度存在着波动。因此，需针对消除线速度的波动问题展开研究。未知环境和侧滑导致蛇形机器人线速度与控制量之间的关系未知，因此消除线速度波动存在困难。通过结合理想环境和实际环境下速度波动的影响因素，分析在摩擦系数未知的平面上蛇形机器人蜿蜒运动的控制量与运动速度之间的耦合关系获得最优角频率。在最优角频率控制下，蛇形机器人任一方向上的速度分量达到稳定。在仿真研究中，通过对比不同角频率控制下蛇形机器人运动线速度的波动程度，验证最优角频率的有效性。