[发明专利]一种仿蛇机器人自适应路径跟踪方法

权利要求书

1.一种仿蛇机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于：首先，确定路径规划目标点，根据仿蛇机器人姿态框架对障碍物进行膨胀化处理，建立机器人和障碍物之间的碰撞约束，利用路径规划算法生成可行路径点；其次，针对仿蛇机器人无法大幅变向的运动特点，对路径点进行筛选、平滑处理；在路径跟踪过程中，将仿蛇机器人视为一个整体并以可变矩形框架表示，以可变矩形与膨胀化后的障碍物之间的碰撞关系调整仿蛇机器人的步态参数；仿蛇机器人的路径规划与自适应跟踪算法，通过路径规划及平滑克服了现有算法实用性差、不稳定的缺陷，通过设计相应的自适应路径跟踪控制器能够实现仿蛇机器人的自主导航；

仿蛇机器人的整体框架为基于仿蛇机器人质心所处位置、仿蛇机器人的步态参数及前进方向生成的能够将完整机体包括的可变矩形，相关函数如下：

其中N为连杆数量，L为连杆长度，(X_j，Y_j)为连杆j的质心的全局坐标，(p_x，p_y)为仿蛇机器人质心的全局坐标，(a_n，b_n)为不考虑仿蛇机器人前进方向时整体框架第n个顶点的坐标，(u_n，v_n)为仿蛇机器人整体框架的第n个顶点的坐标，为仿蛇机器人方向角，α为仿蛇机器人蜿蜒运动的幅值，tole＞0为一个参数常量；

障碍物膨胀程度依据仿蛇机器人运动振幅进行调整，其相关函数如下：

其中，N_o为环境中障碍物的数目，为环境中第k个障碍物左下顶点的全局坐标，为第k个障碍物膨胀后的左下顶点的全局坐标，l、w分别为障碍物的长、宽，α为运动幅值。

2.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于：所生成的可变矩形框架需覆盖整个仿蛇机器人，矩形尺寸由仿蛇机器人步态参数决定。

3.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于：障碍物的膨胀化虚拟空间由仿蛇机器人整体姿态框架尺寸决定，即由机器人步态参数决定，且膨胀出的虚拟空间允许机器人通行。

4.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于：针对仿蛇机器人平面波动步态下无法大幅变向的特点，在规划出的路径点中选择平缓的并剔除在平缓路径段中偏差大的路径点。

5.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于：控制器中前向距离参数根据机器人位置、方向与已规划的路径之间的关系自适应调整，跟踪到期望路径的速率将随偏离程度而改变，从而计算出方向控制参数。

6.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于：对快速扩展随机树路径规划进行改进，在规划路径前根据仿蛇机器人物理特性对环境进行障碍物膨胀化处理，在规划后对路径点进行筛选和平滑预算。