机器蛇——机器人中最自由的行者

    机器蛇，说它是所有机器人中最自由的一种，一点都不为过。正常一个刚性物体，放在空间中，它最多才具有6个自由度，即XYZ三个轴的旋转和移动。一个别的类型机器人可能只有3、4个自由度，比如前进、后退、平地旋转，但一条机器蛇就不同了，因为它具有数十个由舵机及舵机支架组成的关节，以致于它本身具有的自由度已大大超过6个自由度，称之为多冗余自由度。由于它独有的多冗余自由度、多关节特点，使机器蛇可以在多种复杂的地形中行走，机动性能较传统的行走机器人好，有非常广泛的多领域应用前景。例如可以用于复杂环境中侦查、排爆，搜救等任务；工业上制作柔性手臂；也可以在细小的管道内工作。

         图1以色列制作的军事应用机械蛇              图2 民用版本的机器蛇

机器蛇——不用专制，亦可拥有

    网上出名的几个机器蛇，动辄是国家级的背景，或者是几十人的团队，花了好几年的心血，才制成， 当然错不了，效果相当好。但它们可不会出现在你的桌子上，跟你一起看电影。下面就带大家来用网上唾手可得的一些机器人零件，来DIY一条可以挂在你自已脖子上的仿生机器蛇。(上图一张，让大家先来个脸熟)

     图3 舵机支架组装的灵活仿生机器蛇

机器蛇——制作它都要什么？

    因为对机器人还算有了解，整理起它的零件还不算难：铝合金舵机支架、L型支架、短U型支架、防水舵机（考虑到以后可能会升级成水蛇）、32路舵机控制器（因为用到了12个舵机、常规的Arduino控制器在端口数量，电流大小上已不合适）、动作存储卡、塑料柱脚、小车轮、轴等。还有，一定要加上你的Idea！因为当你已经把一大堆零件堆在一起了，但却没想好你那条蛇的细节、结构、组装方法，那你会晕菜的，可能你的机器蛇没有装出来，螺丝已经都被你来来回回的拧秃了。为了以后升级，改造方便，我用了3D建模软件 ，把所有的零件全画好3D图，然后在软件中虚拟装配，直到组合出满意的连接方式。

    图4 大从动轮的机器蛇方案        图5 小从动轮的机器蛇方案          图6 机器蛇的关节部分

机器蛇——怎么让它像蛇一样的动起来？

    再加上你的Idea! 这段对数学不好的同学有困难，因为涉及到了一些运动算法，（我不会告诉你，这里我也有困难的）。下面简单说一下吧。

    首先，在你的脑海里绘出一个正弦波形，把机器蛇的关节放在特征点上，4个关节组成一个周期的正弦波，机器蛇最简单的前进运动，实际上就是正弦波向前传递的过程；第1、5、9号关节是始终同步动作的，其余各相邻关节之间也是相差1/4的波形周期 。

    然后，当你脑海里的那条蛇已经动起来后，你就可以把机器蛇运动一个周期各个关键点的角度数据编制成一张excel表格，然后定时的按表格中的数据改变每个关节上的舵机的脉宽，就可以简单有效的实现整条蛇的正弦运动啦。

图7 机器蛇一个运动周期内的舵机角度特征值

机器蛇——蛇无头不行

    机器蛇身体制作完，可以活动了，但蛇无头不行嘛，要给它弄个像样的头才行。我用了蓝色的PVC塑料，折成蛇头，配了两个红色的LED眼睛。金色舵机支架黑色舵机构成的蛇身，蓝色的蛇头，红色的眼睛，对比鲜明的颜色，让这条机器蛇看起来高端大气上档次。

                          图8 机器蛇的蓝色蛇头红眼睛      图9 机器蛇的金色蛇身黑舵机

    不过，这条小机器蛇现在只是能完成前后蠕运、游动、抬头、扫视、盘卧等基本的动作，也只参加过一回2013上海创客嘉年华的展示，要想同网上那些“大蛇”们一样，又是上树，又是爬墙的，在实际应用中大显身手，还欠许多功力，有待于日后继续发掘。

图10 2013上海创客嘉年华奥松展台

图11 2013上海创客嘉年华机器蛇展示

             图12 盘卧的机器蛇          图13 机器蛇抬头              图14 机器蛇扫视

相关链接

百度百科机器蛇 http://baike.baidu.com/
挑战杯中关于机器蛇的说明 http://www.tiaozhanbei.net/project/11055/
铝合金舵机支架 http://www.alsrobot.cn/goods-283.html
机器人常用配件 http://www.alsrobot.cn/category-90-b0.html
防水舵机 http://www.alsrobot.cn/goods-438.html