自然界中的生物蛇可以在沙漠、河湖、草丛以及树林中生存,不仅蛇的生存环境具有多样性,其运动方式也变化多样,又因其独特的无足、细长的身体结构,机器人研究人员对生物蛇展开了研究。研究初期,蛇形机器人完全仿照生物蛇的身体结构与运动形式展开研究,随着蛇形机器人的研究发展,其优化结构变得统一化,机器人采用模块化设计成为一种趋势。模块连接关节的运动影响着蛇形机器人整体的运动,对关节机构的设计成为一项关键内容。本课题是在国家文物保护装备产业化示范项目“机器人预探测系统研制”支持下进行的,所设计机器人用于古墓室内环境预探测,蛇形机器人独特的结构特点,使其完成未知环境预探测任务成为可能。本文研究内容主要包括蛇形机器人的关节机构设计、机器人运动动作规划、运动仿真研究及物理样机实验验证。首先,根据项目设计要求提出三种设计方案,对各方案进行计算比较分析,选择适合的方案。对合适的关节机构进行详细设计,对关键零部件进行受力与变形分析。其次,对蛇形机器人的各项运动进行动作规划。本设计机器人为模块驱动式蛇形机器人,主要进行水平偏转运动、侧向翻转运动、爬坡运动和穿越管道运动的动作规划。然后,运用ADAMS虚拟样机仿真软件对蛇形机器人的各项运动进行运动仿真验证,验证其运动形式合理性及关节力矩满足情况。最后,对典型的作业环境进行性能测试指标与评价方法的研究,并对机器人实验样机进行各项性能指标的测试,验证蛇形机器人的各项性能。