Dense-Joint-Based Obstacle-Aided Locomotion with a Joint-Repositionable Snake Robot
作者: Kyosuke Minomo, Ryo Takahashi, Kotaro Yasui, Yasutaka Nakashima, Motoji Yamamoto, Ayato Kanada
分类: cs.RO
发布日期: 2026-09-24
备注: Accepted to the 2026 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2026)
💡 一句话要点
提出高密度关节蛇形机器人以解决障碍物辅助运动问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 蛇形机器人 障碍物辅助运动 关节密度 运动效率 复杂环境
📋 核心要点
- 现有的刚性链蛇形机器人由于关节密度低，常常在复杂环境中出现停滞和卡滞现象，导致运动效率低下。
- 本文提出了一种关节可重定位的蛇形机器人机制，通过解耦驱动器与关节，实现了高密度的结构设计。
- 实验结果显示，高密度模型在与障碍物接触时，能够显著减少反应力的突变，从而提高了推进的稳定性和能效。
📝 摘要（中文）
障碍物辅助运动是蛇形机器人在复杂环境中行进的基本能力。然而，传统的刚性链蛇形机器人由于关节密度低，常常面临停滞或卡滞的问题，导致与障碍物的接触不连续。为研究关节密度对障碍物辅助运动性能的影响，本文采用了一种关节可重定位的蛇形机器人机制，解耦了驱动器与关节，从而实现高密度结构。通过对比实验，结果表明高密度模型显著抑制了低密度模型中导致停滞的反应力突变，保持了平滑的接触点，降低了能耗，实现了稳定的连续推进。这些结果强调了高关节密度在提高蛇形机器人在复杂地形适应性方面的重要性。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决传统刚性链蛇形机器人在复杂环境中由于关节密度低而导致的停滞和卡滞问题。现有方法在与障碍物接触时，常常出现不连续的接触，影响运动效率。
核心思路：论文提出了一种关节可重定位的蛇形机器人机制，通过解耦驱动器与关节，能够实现更高的关节密度，从而提高机器人在复杂环境中的适应性和运动性能。
技术框架：整体架构包括高密度和低密度两种实验模型，均具有相同的总长度但关节密度不同。通过在不同障碍物直径的环境中进行推进实验，比较两种模型的性能。
关键创新：最重要的技术创新在于实现了关节的高密度配置，这与现有方法的刚性结构形成了本质区别。高密度配置能够保持平滑的接触点，减少能耗并实现稳定的连续推进。
关键设计：在实验中，模型的关节密度设置为高密度和低密度，采用不同的障碍物直径进行测试，重点关注反应力的变化和能耗的比较。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，高密度模型在与障碍物接触时，反应力的突变显著减少，能耗降低，推进稳定性提高。具体而言，高密度模型在不同障碍物直径的环境中表现出更优的连续推进能力，提升幅度明显，验证了高关节密度对环境适应性的关键作用。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括搜索与救援、灾后重建、以及复杂地形的探索等。高密度关节蛇形机器人能够在狭窄或复杂环境中灵活移动，具有重要的实际价值和广泛的应用前景，未来可能在机器人技术和生物启发的设计中产生深远影响。
📄 摘要（原文）
Obstacle-aided locomotion is a fundamental capability for snake robots to traverse complex environments. However, conventional rigid-link snake robots often suffer from stagnation or jamming caused by their low joint density (i.e., the number of joints per unit length). This results in discontinuous contact with obstacles, unlike the continuous adaptation of biological snakes. To investigate the effect of joint density on obstacle-aided locomotion performance, we utilized a joint-repositionable snake robot mechanism that decouples actuators from joints, enabling a high-density architecture. We developed two experimental models with identical total lengths but different joint densities (high-density and low-density) and conducted comparative propulsion experiments in obstacle environments with varying obstacle diameters. The experimental results demonstrate that the high-density model substantially suppresses the abrupt shifts in reaction forces that cause stagnation in the low-density model. By maintaining smooth contact points, the high-density configuration reduces power consumption and achieves stable, continuous propulsion. These results highlight high joint density as a key factor in improving the environmental adaptability of snake robots in complex terrains.