本文介绍了针对煤矿灾后复杂特殊环境研制的蛇形救援机器人的研制与控制过程。蛇形机器人因为其灵活的运动能力和较好的适应性，在灾害救援领域显示出极大的潜力。本文所研究的蛇形机器人具有以下特点：
1. 结构组成：该蛇形机器人由蛇头、蛇身和蛇尾三个部分构成。蛇头配备有传感器组和夜视仪，用于环境感知和探测。蛇身部分由五个单元模块、五个连接板、四个正交关节和两个速度舵机组成，这样的设计使其具有蜿蜒、直线、伸缩和抬头等多种运动方式。蛇尾部分则包括主控制器、避障模块、通信模块和动力源，负责机器人的整体控制与任务执行。
2. 运动机构：机器人的移动机构采用自制的叶片轮驱动。叶片轮的使用让机器人能够更好地翻越和攀爬障碍物。通过控制两个速度舵机，可以驱动10个直流减速电机以带动10个叶片轮，实现对蛇形机器人速度的控制。
3. 运动步态控制：为了实现蛇形机器人的有效控制，研究者建立了机器人的运动步态数学模型，并分析了模型中的各个参数对机器人不同运动步态的影响。通过研究发现，在模拟的煤矿巷道中，当蛇形曲线的初始角为π/4，机器人偏转角的比例系数为2π时，蛇形机器人蜿蜒和伸缩运动效果最佳；而当参数在5到15之间时，蛇形机器人抬头运动效果最佳。
4. 应用前景：本研究为蛇形机器人在煤矿救援任务中的实际应用奠定了基础。通过不断优化和调整机器人的运动步态和参数，提高其在灾难现场的作业能力和生存能力，有望在未来煤矿灾害救援中发挥重要作用。
从技术角度看，本研究涉及的关键技术包括：
- 蛇形机器人的设计与构建：要求具备合理机械结构设计、高效的驱动方式以及良好的环境适应性。
- 多自由度关节控制：需要精确控制多个关节，实现机器人的复杂运动姿态，这涉及到运动控制理论与实践。
- 步态规划：需要结合机械特点和环境因素，规划出最优的机器人运动步态。
- 传感器融合与环境感知：蛇形机器人能够准确感知周围环境，并进行有效的避障和路径规划，依赖于多种传感器数据的有效融合与处理。
- 通信模块设计：确保在救援过程中，蛇形机器人与指挥中心或者救援人员之间能够保持稳定且可靠的通信。
本文的研究成果不仅对煤矿救援有重要价值，同时也为其他领域中类似机器人设计和控制提供理论和实践指导。随着未来研究的深入和技术的进步，蛇形救援机器人将在更多领域展现出其独特的应用价值。
