近年来,随着科学技术的不断发展和计算机设备算力的提升,机器人的功能变得更加丰富,适用场景也不断增加,而蛇形机器人作为典型的仿生机器人,具有很强的灵活性和环境适应性,因此对蛇形机器人的理论研究和落地应用十分有价值。本文使用旋量理论对蛇形机器人进行了运动学建模分析,并设计和实现了蛇形机器人的软件和硬件控制系统,使得蛇形机器人能够在实际环境中进行工程应用,本文的主要内容包括:(1)确定了蛇形机器人的关节连接方式为正交连接,并设计了蛇形机器人的三种组成关节:头部关节采用STM32芯片作为主控制器,并加入了红外传感器、摄像头等硬件,提升了机器人的环境数据采集的能力;身体关节使用新型的串行总线数字舵机作为驱动,并优化了机器人各个关节之间的电气接口,简化布线;尾部关节作为机器人的供电系统统一供电,使得其余关节能够减小体积,让整个机器人的体型更小。(2)为解决传统D-H参数法在蛇形机器人各关节上建模过程复杂、几何意义不明确等问题,本文基于旋量理论在蛇形机器人上建立了惯性坐标系和工具坐标系,并在各个关节处确定了旋转轴,进而建立了机器人的正运动学指数积模型。针对蛇形机器人的螺旋攀爬运动步态进行正运动学模型和速度模型的求解,并使用ADAMS和MATLAB进行仿真验证,论证了该方法的有效性。(3)为解决蛇形机器人远程控制问题,本文针对蛇形机器人设计了软件控制系统,包括上位机软件和远程通信模块软件:上位机软件基于虚幻引擎4进行了定制化的设计,开发了蛇形机器人仿真模型、虚拟场景和用户控制界面等组件;远程通信模块软件基于多线程和网络通信,实现了接受多个客户端的连接、传递机器人的反馈数据、上位机和机器人之间的远程控制等功能。最后基于实际的蛇形机器人样机和计算机进行了控制实验,验证了本文设计的蛇形机器人的硬件和软件系统的可行性和有效性。