[发明专利]仿生蛇形机器人运动步态规划方法、系统、设备及介质有效

专利信息
申请号: 202110330142.4 申请日: 2021-03-29
公开(公告)号: CN113084787B 公开(公告)日: 2022-08-30
发明(设计)人: 黄华聪;武静;杨景康;汪超;陈梓浩;陈广茂 申请(专利权)人: 东莞理工学院
主分类号: B25J9/06 分类号: B25J9/06;B25J9/16
代理公司: 广州市华学知识产权代理有限公司 44245 代理人: 李君
地址: 523808 广东省*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 仿生 蛇形 机器人 运动 步态 规划 方法 系统 设备 介质
【权利要求书】:

1.一种仿生蛇形机器人运动步态规划方法,其特征在于,所述方法包括:

获取蛇的蜿蜒运动轨迹图像;

根据蛇的蜿蜒运动轨迹图像,构建轨迹函数,具体包括:根据蛇的蜿蜒运动轨迹图像,得到关于轨迹的初步拟定函数;选取特征点,将特征点坐标代入初步拟定函数,求出初步拟定函数内幅值、频率和初相位的关系式;根据幅值、频率和初相位的关系式,构建轨迹函数;

所述初步拟定函数如下式:

其中,i(x)=ax+b,(a,b)为幅值的特征向量;w(x)=cx+d,(c,d)为频率的特征向量;(e,f)为初相位的特征向量;

在轨迹函数中加入时间变量,得到随时间动态的运动轨迹函数,如下式:

其中,t为时间,g为运动速度参数;

求出运动轨迹函数的曲率,计算如下:

f(x,t)=∫∫g(x,t)dx

其中,t为时间,x为轨迹位置;

根据运动轨迹函数的曲率,将轨迹位置转化为蛇身长度,得到曲率函数,具体为:根据运动轨迹函数的曲率,将轨迹位置x转化为蛇身长度s,即令s=∫g(x,t)dx,得到曲率函数g(s,t);

根据曲率函数,确定仿生蛇形机器人的舵机转动参数,以完成仿生蛇形机器人的运动步态规划;其中,所述根据曲率函数,确定仿生蛇形机器人的舵机转动参数具体包括:将相邻舵机的间距k与舵机节数n相乘得到的结果代入曲率函数,得到各舵机处的曲率g(nk,t);根据各舵机处的曲率,确定仿生蛇形机器人的舵机转动参数为θ(nk,t)=αg(nk,t)+β;

在完成仿生蛇形机器人的运动步态规划后,将舵机转动参数编译成代码输入仿生蛇形机器人进行运动验证,根据仿生蛇形机器人所需速度调整g的值,根据仿生蛇形机器人实际轨迹调整α,β的值。

2.一种仿生蛇形机器人运动步态规划系统,其特征在于,所述系统包括:

轨迹图像获取模块,用于获取蛇的蜿蜒运动轨迹图像;

轨迹函数构建模块,用于根据蛇的蜿蜒运动轨迹图像,构建轨迹函数,具体包括:根据蛇的蜿蜒运动轨迹图像,得到关于轨迹的初步拟定函数;选取特征点,将特征点坐标代入初步拟定函数,求出初步拟定函数内幅值、频率和初相位的关系式;根据幅值、频率和初相位的关系式,构建轨迹函数;

所述初步拟定函数如下式:

其中,i(x)=ax+b,(a,b)为幅值的特征向量;w(x)=cx+d,(c,d)为频率的特征向量;(e,f)为初相位的特征向量;

时间变量加入模块,用于在轨迹函数中加入时间变量,得到随时间动态的运动轨迹函数,如下式:

其中,t为时间,g为运动速度参数;

曲率计算模块,用于求出运动轨迹函数的曲率,计算如下:

f(x,t)=∫∫g(x,t)dx

其中,t为时间,x为轨迹位置;

曲率函数获取模块,用于根据运动轨迹函数的曲率,将轨迹位置转化为蛇身长度,得到曲率函数,具体为:根据运动轨迹函数的曲率,将轨迹位置x转化为蛇身长度s,即令s=∫g(x,t)dx,得到曲率函数g(s,t);

舵机转动参数确定模块,用于根据曲率函数,确定仿生蛇形机器人的舵机转动参数,以完成仿生蛇形机器人的运动步态规划;其中,所述根据曲率函数,确定仿生蛇形机器人的舵机转动参数具体包括:将相邻舵机的间距k与舵机节数n相乘得到的结果代入曲率函数,得到各舵机处的曲率g(nk,t);根据各舵机处的曲率,确定仿生蛇形机器人的舵机转动参数为θ(nk,t)=αg(nk,t)+β;

在完成仿生蛇形机器人的运动步态规划后,将舵机转动参数编译成代码输入仿生蛇形机器人进行运动验证,根据仿生蛇形机器人所需速度调整g的值,根据仿生蛇形机器人实际轨迹调整α,β的值。

3.一种计算机设备,包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器,其特征在于,所述处理器执行存储器存储的程序时,实现权利要求1所述的仿生蛇形机器人运动步态规划方法。

4.一种存储介质,存储有程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时,实现权利要求1所述的仿生蛇形机器人运动步态规划方法。

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