摘要：文章首要描绘仿生机器蛇的规划，包含机器蛇的结构规划和运动规划衔接动作的完结。通过对蛇形机器人在有障碍物和无障碍物环境中，进行不同衔接动作的运动规划和运动方法改动，找出机器人规划的不同侧重点;终究，将对本文的缺乏和试验时所遇到的困难进行总结，并加以展望。
0 导言
跟着社会的开展，人类的需求，一些在特定环境中具有共同技巧和才能的机器人应运而生，蛇形机器人便是其间一种。蛇形机器人是依据蛇的骨骼和运动原理所制作的仿生机器人，凭仗其共同的运动方法和身体结构，使用远景能够说是无可限量。
1 体系全体构成
本文所研讨的蛇形机器人选用Solid Snake(SS)组织规划。Solid Snakc使用笔直和水平方向正交的关节来模仿蛇类生物柔软的身体，每两个正交的关节组成一个单元体，每个单元体相当于一个万向节，具有两个方向的自在度，全体构成一个高冗余度的结构体。这样的组织规划使蛇体具有向任何方向曲折的才能。其壳体组织、舵机与壳体设备方法和两个单元衔接方法，即以笔直→水平→笔直的方法相衔接，以模仿生物蛇的关节，如图1所示。
体系全体规划框图如图2所示。首要在核算机上测验每个插座对应的舵机，简而言之便是对号入座，首要找出每个舵机的零点方位，然后编程，将已编写好的程序下载到操控板里边，通过操控板完结对舵机的直接操控，电源操控板为一切的舵机供给动力，终究通过屡次的调试仿生机器蛇即能够完结一套衔接的动作。
2 仿生机器蛇的运动规划
要想完结仿生机器蛇在实际环境中自在运动，就需求先对其进行运动力学剖析和途径规划。
2.1 仿生机器蛇的运动力学剖析
本文所研讨的蛇形机器人由笔直方向与水平方向替换衔接，顺次能够做二维运动。而每个舵机的范围在-90°～+90°之间。当蛇形机器人在平面上运动时，它的运动示意图如图3所示。
(1)平面曲折运动。平面曲折运动是通过操控关节模块水平轴的关节坚持直线，而笔直轴的关节呈正弦改动完结;选用的算法公式为：
(2)侧向运动。侧向运动是操控关节模块的笔直轴的关节和水平轴的关节都呈正弦改动，两个曲线之间有一个相位差;选用的算法公式为：
(3)弹性运动。弹性运动方法能够通过操控它的笔直轴的关节坚持直线，而水平轴的关节呈正弦的改动完结。它的笔直面内运动，合适穿越狭小的管道。选用的算法公式为：
(4)翻滚运动。翻滚运动是操控关节模块的笔直轴的关节和水平轴的关节改动而完结，其选用的算法公式为：
2.2 仿生机器蛇的途径规划
所谓的途径规划便是指在障碍物的环境中，依照某一特定的点评规范，寻觅一条从开始状况到方针状况的不会产生任何磕碰的途径。如果把运动物体看作是所研讨的问题的某种状况，把障碍物看成是所要处理的束缚条件，无磕碰途径规划便是满意次束缚的解，因而空间途径规划能够描绘成求解满意束缚条件的进程。为了更好地了解途径规划，能够将其分解成两个问题。
(1)寻觅空间问题。在某个指定区域R内，确认物体的安全A方位，使其不与在次空间内的已有物体B产生磕碰。
(2)寻觅途径问题。在以上指定区域R内，确认物体A从初始方位到方针方位的安全途径，使其在移动进程中物体A与物体B不产生磕碰。
图4表明的便是在障碍物环境中物体A在不磕碰物体B的情况下抵达指定区域。
3 仿生机器蛇衔接动作的规划
软件选用C言语编写，舵机操控程序进行相应模块化规划，构成根本动作“积木”单元，组合衔接动作套件包。这些“积木”单元都很简略相互拼接、拼装。用这些“积木”能够很便利地搭建出各种发挥想象力的机器人，并可为自己搭建出的机器人编程。
3.1 蛇形机器人衔接动作
蛇形机器人的衔接动作首要是将前面几种运动战略衔接而成。图5所示为蛇形机器人衔接动作结构图。
3.2 蛇形机器人一匍匐运动
蛇形机器人的匍匐动作，归于蛇类的曲折运动，自然界中蛇类的运动都是“S”形的，类似于正弦曲线。因为试验条件的约束，本研讨所做的匍匐动作以“弓”形替代。如图6所示。
以下试验数据，表明着蛇形机器人由左“弓”形到右“弓”形时的各个舵机的视点，因为匍匐动作并不需求太快，所以速度全都设置为150。这样每个动作的改动都不是很快，可是相应的蛇形机器人所做的每个动作都很平稳。每个动作完结后有2s的延时。匍匐运动的程序结构如图6所示。
3.3 蛇形机器人一翻滚动作
蛇形机器人的翻滚动作归于蛇类的侧向运动。翻滚动作的完结首要要使蛇形机器人有必定的曲折，然后在固定两个点，调试其他的舵机，使其能够360°的翻滚，如图7所示。
3.4 蛇形机器人一盘起、进犯动作
蛇形机器人盘起、进犯的动作是比较归纳的一个动作，因为不同的需求，每个动作中每个舵机的速度要求也不一样。其程序结构如图8所示。
还有蛇形机器人的其他衔接动作：1)活动动作，能够视为蛇类的直线运动，使用这种移动方法能够使蛇形机器人沿着一条直线行进。并且即便改动了外界环境，也能够依据环境，对机器人进行恰当的调理，适应性强;2)侧移动作，使用蛇身扭动与地上产生的冲突力使整个身体产生方位的改动，动作简略，能够通过改动该动作的重复次数来改动运动方向，即便环境改动，对蛇形机器人的侧移也没有太大影响。
4 体系的完结
体系完结了三种渠道的仿生机器蛇，如图9所示：1)根据robotbosic规划的力气型机器蛇，有十四个自在度舵机组成，每个自在度大约1.2cm。能完结比如扭动、行进、蛇头上扬等动作。小体积是咱们的一大特征，简化了供电设备，将电源与舵机通过特别的处理设备在一起，让动作愈加便利，一起也削减了很多的外迁线，使蛇能愈加灵敏;2)根据norstar可活动行进和盘起进犯的仿生机器蛇，终究完结了一条14个自在度、长约1.2m的大蛇，一条7个自在度、长约0.6m的小蛇，完结蛇的根本动作，将驱动设备设备到蛇身体上，缩小蛇身体体积。实
物如图8所示。长处在于有短信和来电两个功用，缺乏之处探测器过于灵敏;3)根据arduino规划的迷你型机器蛇，共有八个小舵机组成，共15cm。蛇头与蛇尾添加泡沫规划使蛇的形象愈加传神。小蛇能够左右摇摆，还能向前活动行进。
5 结束语
本文所研发的三种机器人根本是用舵机串联而成，结构简略，衔接动作能舒展完结，但缺乏是蛇形机器人由十几个舵机串联而成，因为串联的舵机数量太多，导致驱动电流越来越小。主张改善办法有：1)使用一个电流扩大电路增大驱动电流;2)因为串联的舵机数越多，驱动电流就越小，所以如果在条件答应的情况下，能够挑选削减几个舵机;3)将一切舵机并联，这样能够使各个部分舵机电压相同，驱动电流也趋于稳定。
