蛇形机器人作为一种具有高冗余度的移动机器人，因其独特的链式结构和多个自由度，能够进行复杂的运动。这类机器人的主要应用场景包括灾后救援、危险环境侦查、管道探测和疏通等。然而，传统蛇形机器人在运动控制方面存在较大难度，尤其在实现垂直缠绕攀爬等复杂动作时更是如此。
为了提高蛇形机器人的运动能力，研究者们尝试了不同的关节结构设计。目前，蛇形机器人的关节组合形式主要分为两种：一种是所有关节同轴，导致机器人只能在二维平面内运动；另一种则是相邻关节转轴以俯仰(pitch)和偏转(yaw)的方式正交连接，形成PY关节模块。后者虽然能够实现三维空间运动，但其灵活性和运动步态的多样性仍然有限。
为解决这一问题，研究者们设计了模块化的P_R(pitch_roll)关节结构，该结构的关节驱动装置使用串行总线舵机。通过采用协调级和执行级配合的二级控制系统结构，蛇形机器人能够实现以空间三连杆组成的蠕动爬行作为基本步态，进而完成了垂直缠绕攀爬的功能。这种关节结构相对简单，便于控制，同时还能灵活地附着于攀爬对象外壁，并随意调整步态和位姿，使得蛇形机器人能够与被缠绕物体密切贴合。
蛇形机器人的控制系统复杂，因其需要控制的自由度较多。目前，国内外的蛇形机器人多数仅能实现简单的运动，如蜿蜒爬行、侧滑、翻滚和避障等。在三维空间运动能力上，虽然已有能够抬头、爬台阶、翻越较低障碍的蛇形机器人，但实现爬杆、爬树等垂直缠绕攀爬功能的机器人非常罕见，仅见于美国卡内基梅隆大学的蛇形机器人研究中心。
在文章中，作者孙洪提出了能够实现垂直缠绕攀爬的蛇形机器人设计，其控制系统的核心在于二级结构的控制方式，即协调级和执行级。协调级负责运动规划，而执行级则负责具体的驱动控制。该设计还使用了空间三连杆蠕动爬行作为步态，确保了机器人在攀爬时的稳定性和灵活性。
该研究不仅对蛇形机器人关节设计和控制系统进行了创新性改进，而且在运动控制和步态规划方面进行了深入探索，为蛇形机器人在复杂环境下的应用提供了新的可能性。通过P_R关节的模块化设计，蛇形机器人在攀爬能力上得到了显著提升，预计在未来将有更多类似的设计被开发出来，以适应更为复杂的实际应用需求。
