仿生蛇形机器人作为欠驱动系统,能够实现复杂非结构化环境下的灵活运动,对复杂危险自然灾害及各种突发争端的应用有着独特的优势,但其结构和控制策略的研究却一定程度上制约了其实际应用。本课题以研究复杂环境下的运动状态为前提,利用三维建模软件设计制作实体物理样机结构,设计核心电气控制器及步态控制算法,添加如陀螺仪、超声波、红外距离感应器等各类传感器;改进控制策略提升机器人的运动模态多样性,主要内容包含如下:1、蛇形机器人样机与电气控制器设计,利用模块化思想进行蛇形机器人样机设计,分别涉及并联模块、变刚度柔性模块及正交串联模块,针对每一类关节模块进行了执行器的选型、连接机构设计、控制与电源供能设计;基于执行器通信类型与机械结构进行嵌入式控制器的设计。2、蛇形机器人运动学分析,利用旋量理论的指数积公式对并联、正交串联机构进行运动学分析,基于MATLAB软件搭建运动学仿真环境,验证模型的实际运动过程的可行性。3、蛇形机器人的动力学分析与算法控制设计,基于运动学分析结果与动力学分析的各类方法,对蛇形机器人利用旋量理论方法进行动力学分析建模,建立三维立体模型与多障碍物环境,并利用滑模控制设计轨迹控制策略,利用动力学测量工具输出所需参数值,对比传感器实测数据进行校正与控制策略改进。4、蛇形机器人样机测试验证,针对蜿蜒运动、U型翻滚、螺旋攀爬运动进行物理样机测试,记录各类运动步态实际运动效果,对比仿真环境输出参数值;针对正交、并联、变刚度多模块混联机构进行整体运动头部轨迹测量与视觉正定测试,为后期蛇形机器人的可重构方向发展与改进提供实验数据与测试基础。