[发明专利]一种基于旋量理论的机器人攀爬运动速度建模方法

权利要求书

1.一种基于旋量理论的机器人攀爬运动速度建模方法，其特征在于，包括：

S1、建立机器人的惯性坐标系和工具坐标系；

S2、根据旋量理论分别在惯性坐标系和工具坐标系中确定机器人各个关节运动过程中的运动旋量；

S3、建立机器人攀爬运动的关节角度控制函数；

S4、根据所述关节角度控制函数和运动旋量建立机器人末端执行器的速度模型。

2.根据权利要求1所述的基于旋量理论的机器人攀爬运动速度建模方法，其特征在于，所述机器人实体为串联正交式连接的N个关节构成的蛇形机器人，N≥4。

3.根据权利要求1所述的基于旋量理论的机器人攀爬运动速度建模方法，其特征在于,所述步骤S1的具体过程为：

S11、以蛇形机器人的尾部模块作为基座，蛇形机器人底面的中心作为基坐标系的原点，以蛇形机器人的蛇体轴线作为坐标系的X轴，以尾部模块的旋转轴作为Z轴，方向指向纸面朝外，以右手坐标系确定Y轴，建立惯性坐标系{S}；

S12、以蛇形机器人的头部关节模块作为末端执行器，以蛇形机器人的舵机旋转轴与蛇体轴线交点作为坐标系原点，以蛇体轴线作为坐标系的X轴，以蛇形机器人的旋转轴作为Z轴，方向指向纸面朝外，以右手坐标系确定Y轴，建立工具坐标系{T}。

4.根据权利要求1所述的基于旋量理论的机器人攀爬运动速度建模方法，其特征在于,所述步骤S2的具体过程为：

S21、根据所述惯性坐标系和蛇形机器人的关节分布规律，确定蛇形机器人第i个关节初始位形的单位旋转矢量为：

其中，k为非负整数；

S22、将第i个关节旋转轴与蛇体轴线的交点作为位置点r_i,由此确定第i个关节初始位形的位置矢量为：

其中l₀为蛇形机器人第一个关节旋转轴与惯性坐标系原点的距离，l为蛇形机器人单个关节长度；

S23、根据第i个关节初始位形的单位旋转矢量和位置矢量确定第i个关节初始位形的运动旋量为：

S24、将第i个关节在运动过程中单位旋转矢量的指数映射表示为：

其中θ_i为第i个关节的旋转角度，E₃为三维单位矩阵，为ω的反对称矩阵，而该关节的运动旋量的指数映射表示为：

S25、根据旋量理论，在运动过程中第i个关节的单位旋转矢量ω'表示为：

而位置矢量r'能够表示为：

S26、将第i个关节在运动过程中的运动旋量表示为：

5.根据权利要求4所述的基于旋量理论的机器人攀爬运动速度建模方法，其特征在于,步骤S3的机器人攀爬运动的关节角度控制函数为：

θ_i＝A_isin(ωt+ki)

其中A_i为第i个关节运动角度的幅值，t为运动时间，ω和k用于控制运动角度的相位；

进一步求出第i个关节运动的角速度为：

6.根据权利要求5所述的基于旋量理论的机器人攀爬运动速度建模方法，其特征在于,步骤S4建立的机器人末端执行器在攀爬运动过程中的速度模型为：