哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第1章 绪论 1.1课题背景及研究的目的和意义 大自然不仅赋予了人类生命和丰富的自然资源，而且其丰富的生命形态给 予了人类无穷无尽的启迪。从小鸟的展翅飞翔到先进的飞机、从蝙蝠的夜间飞 行到现在的雷达系统，无一不体现了研究生物系统对科学技术发展的重大意 义。仿生学(Bionics)是生物科学与工程技术相结合的一门综合学科，通过学 习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制，来改进 现有的或创造新的机械和仪器系统等，并己经延伸到很多领域山，例如日本罗美 工程公司等机构研制的机器鲤鱼可以用来检验水质和考察海洋资源。 仿生机械学是以力学或机械学作为基础的，综合生物学、医学及工程学的 一门综合科学，它贯穿着研究、模拟生物系统的信息处理、运动机能和系统控 制，以及在医学及工程中的应用。该学科包含着对生物现象进行力学研究，对 生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化[]。 仿生蛇便由此孕育而生。本课题的目的是通过对生物蛇的身体结构和各种运动 形式的研究，在此基础上进行仿生蛇的设计，并对其进行运动仿真。仿生蛇可 以应用在很多不同的场合：适用于条件非常恶劣而又要求高可靠性的环境，如 在有辐射、有粉尘、有毒环境下执行侦察任务和战场上的扫雷、爆破：可以满 足在复杂环境中的搜救、侦察、排除爆炸物等反恐任务：在地震、塌方及火灾 后的废墟中搜救幸存者：在狭小和危险的条件下探测和疏通管道：航空航天领 域可用其作为行星表面探测器、空间站的柔性机械手臂等4刀。由于其广泛的应 用前景，因此仿生蛇的研究具有十分重要的意义。 1.2国内外研究现状 蛇形机器人的研究开创了仿生机器人研究的新领域，同时由于蛇形机器人 广泛的应用前景，世界上很多国家都十分重视蛇形机器人的研究。下面对蛇形 机器人国内外的研究情况进行介绍和分析。 1.2.1国外研究现状 1.2.1.1日本蛇形机器人的研究 上个世纪70年代，日本东京工业大学的Hirose教授就已经开始了蛇形机器 人的研究。Hirose教授于1972年研制了第一台蛇形机器人(Active Cord -1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第1章 绪 论 1.1 课题背景及研究的目的和意义 大自然不仅赋予了人类生命和丰富的自然资源，而且其丰富的生命形态给 予了人类无穷无尽的启迪。从小鸟的展翅飞翔到先进的飞机、从蝙蝠的夜间飞 行到现在的雷达系统，无一不体现了研究生物系统对科学技术发展的重大意 义。仿生学（Bionics）是生物科学与工程技术相结合的一门综合学科，通过学 习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制，来改进 现有的或创造新的机械和仪器系统等，并已经延伸到很多领域[1]，例如日本罗美 工程公司等机构研制的机器鲤鱼可以用来检验水质和考察海洋资源[2]。 仿生机械学是以力学或机械学作为基础的，综合生物学、医学及工程学的 一门综合科学，它贯穿着研究、模拟生物系统的信息处理、运动机能和系统控 制，以及在医学及工程中的应用。该学科包含着对生物现象进行力学研究，对 生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化[3]。 仿生蛇便由此孕育而生。本课题的目的是通过对生物蛇的身体结构和各种运动 形式的研究，在此基础上进行仿生蛇的设计，并对其进行运动仿真。仿生蛇可 以应用在很多不同的场合：适用于条件非常恶劣而又要求高可靠性的环境，如 在有辐射、有粉尘、有毒环境下执行侦察任务和战场上的扫雷、爆破；可以满 足在复杂环境中的搜救、侦察、排除爆炸物等反恐任务；在地震、塌方及火灾 后的废墟中搜救幸存者；在狭小和危险的条件下探测和疏通管道；航空航天领 域可用其作为行星表面探测器、空间站的柔性机械手臂等[4-7]。由于其广泛的应 用前景，因此仿生蛇的研究具有十分重要的意义。 1.2 国内外研究现状 蛇形机器人的研究开创了仿生机器人研究的新领域，同时由于蛇形机器人 广泛的应用前景，世界上很多国家都十分重视蛇形机器人的研究。下面对蛇形 机器人国内外的研究情况进行介绍和分析。 1.2.1 国外研究现状 1.2.1.1 日本蛇形机器人的研究 上个世纪 70 年代，日本东京工业大学的 Hirose 教授就已经开始了蛇形机器 人的研究。Hirose 教授于 1972 年研制了第一台蛇形机器人（Active Cord