蛇形机器人,是一种能够适应恶劣、复杂环境且能进入受限空间作业的新型柔性机器人,是人类以自然界中蛇的结构和运动特征为依据所研制的仿生类机器人。目前国内蛇形机器人尚处于研究试验阶段,商业化和产品化较少,但其在诸多领域具有很好的发展和应用前景,如作业环境恶劣、复杂和危险的核电检修、灾难搜救等领域,而这对作业人员来说是不便于进入或是难于进入的作业环境,存在极大的危险性。本文利用虚拟现实技术实现了对蛇形机器人的监视和控制,这样操作人员只需在控制室中就能达到如同在现场一样的作业效果,从而为实现蛇形机器人在多种作业环境下的应用提供了基础。本文针对现有的蛇形机器人硬件平台开发了一套基于Unity 3D引擎的虚拟现实系统。主要包括以下五部分内容:首先,明确了蛇形机器人虚拟现实系统的开发要求和系统组成,提出了蛇形机器人虚拟现实系统的总体方案,主要包括蛇形机器人及环境模型的创建与加载、控制算法设计、网络通信以及蛇形机器人本体算法验证。其次,在虚拟现实系统中建立了完整的虚拟场景,主要包括虚拟蛇形机器人以及周围环境的模型创建与加载。整个流程通过采用Solid Works精准建模,然后导入至3ds MAX实现模型的优化处理,并将其转化为.FBX文件格式,最后导入至Unity 3D中。为了增加整个场景的真实感,对虚拟场景还进行了光源、阴影、材质的设置。第三,在Unity 3D平台中采用C#语言编程完成了蛇形机器人的控制算法设计,主要包括运动控制算法设计、人机交互界面设计、碰撞检测程序设计。其中,运动控制算法实现了蛇形机器人的前进、后退、上下俯仰、左右摆动、蜿蜒越障等基本运动形式,并结合网络通信程序使得本虚拟现实系统具有同步功能;人机交互界面设计实现了对蛇形机器人本体运动和位姿的实时监控;碰撞检测程序使得本虚拟现实系统具有防碰撞功能。第四,采用Beckhoff Twin CAT自带的ADS通讯协议接口组件ADS-DLL和进程间通信机制命名管道,达到了数据准确、高效的传输过程,实现了虚拟蛇形机器人与蛇形机器人本体之间的网络通信,为虚拟现实系统同步功能的实现提供了保障。最后,以蛇形机器人本体为基础,搭建了基于虚拟现实系统的蛇形机器人实验平台,通过运动和位姿同步实验、碰撞检测实验,验证了虚拟现实系统控制算法的正确性,同时也证明了本虚拟现实系统具有良好的同步功能和防碰撞功能。通过定位精度测量实验,得出了在不同运动形式下蛇形机器人的定位精度以及运动稳定性情况,为蛇形机器人性能指标的评定提供参考,也为蛇形机器人的误差补偿工作提供基础。本文的研究成果对蛇形机器人在复杂环境下实现准确、高效的运动具有重要的意义。