蛇形机器人以其灵活度高,体积小,运动形式多样的特点受到越来越多高校及研究机构的关注,其运动形式多种多样,而且能在狭窄复杂环境运动的特点,使其在地面侦查、管道检测、太空装配等方面具有很高的优越性。本文中的蛇形机器人以尺寸小,“无绳化”为特点展开设计,提出分层控制的模型,完成控制系统的搭建,并提出适用于正交关节的蛇形机器人的运动控制方式,最后开展相关实验进行验证。具体内容为以下几个方面。首先,根据设计指标,完成了蛇形机器人方案设计,建立了分层控制系统,使蛇形机器人控制系统摆脱线缆的束缚,包括人机交互层、头部控制器层和关节层。控制指令的下发是前端通过无线的方式发送给蛇形机器人头部控制器;在头部控制器中进行步态规划以及轨迹规划;在关节层驱动各电机按期望指令运动。整个控制过程没有外部电缆进行通讯,从而实现机器人的“无绳化”。在分层控制系统的框架下,完成各层软件系统的开发。其次,为使蛇形机器人具有一定的自主性,在机器人各关节配备有丰富的传感器,机器人头部配有摄像头,能实时反馈周围环境的图像信息。机器人关节中的惯性传感器系统能有效的估计机器人自身的状态。本文对惯性传感器数据进行数据融合,基于显示互补滤波算法和扩展卡尔曼滤波算法,通过四元数的模型进行蛇形机器人自身姿态的估计。然后,建立了正交关节蛇形机器人的运动学模型,在计算棒中进行蛇形机器人运动的步态规划,使用Serpenoid曲线和背脊曲线离散化的方法实现步态规划,使用matlab-adams联合仿真,验证了步态的可行性。完成关节层的规划,并基于位置、速度对关节进行控制,提高了关节运动的平滑性与准确性。最后,搭建蛇形机器人样机,开展关节IMU信息融合,关节性能测试,机器人运动实验,验证了IMU融合算法、控制系统通讯的可靠性、每个关节的驱动能力及步态规划与轨迹规划方法的正确性。