[发明专利]基于蛇形机器人蜿蜒步态的目标定位方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种基于蛇形机器人蜿蜒步态的目标定位方法、系统及介质，其中方法包括以下步骤：采用改进的蜿蜒步态控制函数控制蛇形机器人运动，使所述蛇形机器人的头部关节在运动过程中固定；采用安装在所述头部关节的相机采集图片信息，根据所述图片信息计算图像中目标质心的像素坐标；采用相机模型计算所述目标质心的像素坐标与实际坐标之间的变换等式，根据变换等式获取目标坐标与相机坐标之间的变换关系，根据所述变换关系实现目标定位。本发明通过控制蛇形机器人的头部关节固定，有效减少由蜿蜒运动本身带来的相机抖动，适用于蛇形机器人稳定获取有效图像信息及对目标进行定位，可广泛应用于机器人运动控制技术领域。

技术领域

本发明涉及机器人运动控制技术领域，尤其涉及一种基于蛇形机器人蜿蜒步态的目标定位方法、系统及介质。

背景技术

蛇形机器人是一种仿生类机器人的一种，其拥有多自由度、高冗余度的特点。蜿蜒运动作为其二维步态下的一种基础步态，具备稳定性高，控制简单的特点。因此基于蛇形机器人蜿蜒步态的目标定位以及导航等领域一直是研究的热门方向。

正交链接的蛇形机器人蜿蜒运动的原理在于利用偏航关节摆动时连杆与地面之间的摩擦力，产生前进方向的推力，实现蜿蜒步态。而传统的蜿蜒步态中，机器人整体的摆动幅度与关节控制函数设定的幅值相关，且所有关节的摆动幅值均相同。因此运动过程中，搭载在机器人头部的单孔深度相机的摆动会十分剧烈，获取的图像多不可使用。且由于视野范围随头部关节摆动幅度增加而增加，因此在目标定位与跟踪过程中，传统蜿蜒步态有着丢失目标的可能性。因此，有效图像信息的获取问题和视野范围太大的问题使得蛇形机器人蜿蜒运动下的目标定位任务难以完成。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于蛇形机器人蜿蜒步态的目标定位方法、系统及介质。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于蛇形机器人蜿蜒步态的目标定位方法，包括以下步骤：

采用改进的蜿蜒步态控制函数控制蛇形机器人运动，使所述蛇形机器人的头部关节在运动过程中固定；

采用安装在所述头部关节的相机采集图片信息，根据所述图片信息计算图像中目标质心的像素坐标；

采用相机模型计算所述目标质心的像素坐标与实际坐标之间的变换等式，根据变换等式获取目标坐标与相机坐标之间的变换关系，根据所述变换关系实现目标定位。

进一步，所述改进的蜿蜒步态控制函数为原始蜿蜒步态控制函数与Sigmoid函数结合获得；

所述蛇形机器人为正交链接蛇形机器，包括N个俯仰关节与N个偏航关节，所述N为大于2的整数。

进一步，所述改进的蜿蜒步态控制函数包括偏航关节控制函数和俯仰关节控制函数；

所述偏航关节控制函数为：

所述俯仰关节控制函数为：

其中，i为关节编号，k为控制曲线上升阶段的速率，n为期望限幅的关节数目，a为曲线峰值高度，c表示函数曲线上升和下降的速率。

进一步，所述根据所述图片信息计算图像中目标质心的像素坐标，包括：

在所述蛇形机器人蜿蜒运动过程中，获取头部关节的摆动角度θ₁与图像信息，对所述摆动角度θ₁＝0对应的图像信息进行保存；

采用Canny边缘检测算法对保存的图像信息进行处理，获取目标质心的像素坐标。

进一步，所述采用Canny边缘检测算法对保存的图像信息进行处理，获取目标质心的像素坐标，包括：