[发明专利]一种用于蛇形仿生机器人转弯运动的组合控制方法

权利要求书

1.一种用于蛇形仿生机器人转弯运动的组合控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：为减小转弯时间，增强蛇形仿生机器人的运动稳定性，引入用于调节幅值角α的幅值调整因子ζ(ζ＞0)，使得调节前的幅值角α₁和调节后的幅值角α₂满足公式(1)，

α₂＝ζα₁ (1)

步骤二：为保证变幅值后关节角度θ(s)变化的连续性，关节角度θ(s)应满足公式(2)，

θ(s)＝α₁cos(bs_f)＝α₂cos(bs_f)＝0 (2)

其中，b为比例系数，s_f为变幅值时刻蛇形仿生机器人的运动距离，所述的变幅值时刻选在曲线切线角度变化率最大处的时刻；

步骤三：当蛇形仿生机器人蛇头的方向运动到所需转弯角度φ时，利用如方程组(3)切线控制方程进行转弯运动，

θ(s_z)＝α₂cos(bs_z)＝φ

$\mathrm{\θ}\left(s\right)={\mathrm{\α}}_1\cos (b(s-s_z)+\frac{\mathrm{\π}}{2})+\mathrm{\φ}---\left(3\right)$

其中：α₁＜φ＜α₂，s_z为转弯时刻蛇形仿生机器人的运动距离；

步骤四：蛇形仿生机器人进入转弯时，关节角度θ(s)和转弯角度φ需满足公式(4)，

$\underset{s\→s_z^{-}}{\lim }\mathrm{\θ}\left(s\right)=\underset{s\→s_z^{+}}{\lim }\mathrm{\θ}\left(s\right)=\mathrm{\φ}---\left(4\right)$

步骤五：蛇形仿生机器人在转弯处通过公式(1)至(4)联立得到方程组(5)，使得关节角度θ(s)是连续的；

$\mathrm{\θ}\left(s\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_{1}cos\left(bs\right)& 0\<s\<s_f\\ {\mathrm{\ζ\α}}_{1}cos\left(bs\right)& s_f\≤s\≤s_z\\ {\mathrm{\α}}_{1}cos\left(b\right(s-s_z)+\mathrm{\π}/2)+\mathrm{\φ}& s\≥s_z\end{array}\right.---\left(5\right)$

步骤六：蛇形仿生机器人转弯运动时，当转弯角度φ小于幅值角α时，即当φ＜α时，幅值调整因子ζ＝1，即α₂＝α₁，无需调整幅值角α，采用方程组(5)控制使蛇形仿生机器人转弯运动时保持转弯前的转弯角度φ和蛇形曲线，即实现蛇形仿生机器人转弯过程中蛇形曲线保持不变，保证转弯角度φ连续，提高运动稳定性；

步骤七：蛇形仿生机器人转弯运动时，当转弯角度φ大于幅值角α时，即φ＞α时，蛇形仿生机器人在转弯过程中，同时进行转弯操作和通过调节幅值调整因子ζ调节幅值角α，使得幅值角α增大到满足φ＜α的合适值后，采用方程组(5)控制使蛇形仿生机器人转弯运动时保持转弯前的转弯角度φ和蛇形曲线，完成转弯的同时，蛇形仿生机器人的幅值角α恢复到原始幅值角α，蛇形仿生机器人不必再进行调整幅值角α，实现蛇形仿生机器人转弯过程中蛇形曲线保持不变，保证转弯角度φ连续，提高运动稳定性。