蛇形特种交通工具可行性分析及设计简述

摘要：现有的普通交通工具存在安全、排污、地形、功能等多方面的弊端。蛇形机器人技术可实现蜿蜒爬行、侧滑、翻滚和攀爬功能，可以辅之以现代机器人高新技术，完成特殊环境下作业需求。将蛇形运动原理应用于特种交通工具，利用现代技术与其配合，最大限度的弥补现有交通工具存在的不足。

关键词：蛇形运动；交通工具；运动原理；功能

中图分类号：J524文献标识码：Ａ文章编号：1005-5312（2012）15-0190-01

随着人类社会的不断进步，科技的不断发展，人们对交通工具的要求越来越多样化，也越来越趋于多功能便捷化。现有的普通交通工具存在安全、排污、地形、功能等多方面的弊端。如何能改善这种现状，是我们现在热门的研究问题。蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支，目前技术可实现蜿蜒爬行、侧滑、翻滚和攀爬功能。若能将蛇形机器人的仿生原理应用于现代交通工具，势必大大增加现有交通工具的优势功能。在应用过程中，可以辅之以现代机器人高新技术，完成特殊环境下作业需求。实现应用一种具有叠加功能的交通工具，实现多种作业功能，适应多种作业环境的目的。

一、现有交通工具弊端及待解决问题

（一）城市交通拥堵。

（二）尾气排放污染。

（三）造成石油等能源紧缺。

（四）很难满足凹凸不平、陡坡等特殊自然环境的作业要求。

（五）安全性较差。

（六）功能性单一。

二、未来交通工具特点

（一）未来的个人交通工具的部件很少是由笨重的金属材料制造而成，而是由介于有机物与无机物之间的一种新型生物质制成，质量小、强度大。

（二）未来的交通工具将是柔性的，不再像现在汽车这样坚硬、冷冰，可以根据行驶需要自由伸缩、改变形状，人在里面也十分舒适。

（三）未来的交通工具将具有高度的智能化。具有自我控制的能力，可以自动与附近其他交通工具进行沟通交流，目前车辆之间的相撞等交通事故到时将不复存在。

（四）未来的个人交通工具的能量利用效率几乎达到极限，能够把有效的能量最大限度用在作有用功上,运行成本十分低廉。

（五）这种交通工具还有个突出的特点就是几乎不向外部环境排放有害废弃物。

三、蛇形车应用范围

（一）一般及特殊路面的行使

（二）攀爬、侦查

（三）特殊环境下采集样本、救助等

（四）探测、抢救、设备维护

四、蛇形车结构

蛇形车结构共分：控制区、能源区、动力区三部分。各部分之间可以根据具体使用环境需求相互搭配使用，完成不同应用功能。

控制区：可分为人工控制和智能控制。控制区可携带操作机械手臂，完成采集等任务。

能源区：使用清洁能源电能，可充电，根据任务量可选择配备多块电池，衔接使用，延长作业时间。几乎不向外部环境排放有害废弃物。

动力区：利用蛇的运动原理以及120°分布的三排轮子完成不同地形及爬树运动。此功能区内由多个P-R关节模块（攀爬蛇形机器人爬树的静态机理研究）链接组成，执行单元采用管套式结构设计。关节模块间可完成三维度的有控制的自由摆动。

五、蛇形车运动方式

蜿蜒运动：依靠腹部与地面的切向摩擦力和法向摩擦力的差推动自身运动。——适用较平整地面，运动效率最高。

攀爬运动：以等距螺旋状为初始姿态，缠绕在半径和表面粗糙度均为常数的树干上，采用蠕动步态，在第一个运动波产生移动步距，然后通过部分关节的依次起伏向上传递运动波，其他部分则缠绕在树干上，产生摩擦力以抵消整体所受重力。一个运动波由尾至首传递完成后，向上达到一个新的位置，其攀爬轨迹始终以等距螺旋为基础。

伸缩运动：身体收缩成S形，前部前伸，后部收缩，循环向前运动。——狭小空间

侧向移动：从头部开始，身体部分顺次接地、抬起，完成前进运动。——适用于沙地、沼泽地

六、结论

蛇形车具有稳定性好、横截面小、柔性等特点，能在各种粗糙、陡峭、崎岖的复杂地形上行走，并可攀爬障碍物，比普通交通工具具有更强的适应环境能力。因此，在救援、探查、星球探测等方面具有广阔的应用前景。目前蛇形机器人的研究技术也为蛇形交通工具的实现提供了可靠的技术支持和保障。

参考文献：

[1]孙洪，刘立祥，马培荪.攀爬蛇形机器人爬树的静态机理研究.