煤炭科学技术

作者：古文哲, 朱磊, 宋天奇, 程海星, 杨彦斌,

关键词：井下作业, 蛇形机器人, 井下受限空间, 高冗余运动控制, 多源融合感知,

在煤矿智能化发展的迫切需求下，蛇形机器人凭借仿蛇生物力学结构与柔性传动特性，成为解决井下复杂环境作业难题的核心装备。作为一种新型仿生机器人，蛇形机器人突破了传统刚性机械臂的运动局限，兼具高灵活性与煤矿防爆适应性，在井下巡检、设备维护及应急救援等场景中展现出显著的应用潜力。围绕蛇形机器人的理论基础与关键技术，系统梳理其发展历程与研究现状，从结构分类与特征出发，总结不同类型蛇形机器人的优势与适用边界，并对其应用探索进行综合分析。在此基础上，归纳了离散型、蜿蜒型与连续型等构型的优势与适用边界；在理论层面，系统梳理了运动学与动力学建模方法及高冗余系统控制策略，强调非线性、动态不确定性与环境交互对鲁棒控制与退化运行机制的需求；在关键技术层面，总结了模型驱动与数据驱动控制方法、多模态感知融合与通信受限条件下的定位导航研究进展，并分析其在煤矿复杂工况下的工程适用性。然而，蛇形机器人在煤矿工业化应用中仍面临防爆与轻量化、可靠性之间的工程矛盾，多源传感信息在复杂工况下的稳定融合，以及通信受限条件下高精度定位与自主决策能力不足等瓶颈。针对这些挑战，本文从煤矿应用需求出发，归纳提出多功能集成与协同、智能控制与自主决策以及高效能动管理等重点发展方向，为蛇形机器人在煤矿井下受限空间场景中的工程应用与后续研究提供系统性参考。未来研究需进一步面向煤矿典型作业场景，在防爆轻量化结构、退化工况下的可信感知与风险约束自主控制等方面持续突破，为煤矿智能化开采提供稳定、高效的核心装备支撑，助力煤矿行业的智能化发展迈向新高度。

来源：2026年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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