一種用于蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于蛇形仿生機器人轉彎運動的控制方法，尤其涉及一種用于 蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法，屬于機器人控制領域。
【背景技術】
[0002] 蛇形仿生機器人是一種多關節(jié)、高冗余、無肢結構的仿蛇機器人，具有運動穩(wěn)定、 運動形式多變、環(huán)境適應力強等優(yōu)點，在戰(zhàn)場突襲、救災搜救、險境探測等許多領域都具有 廣泛的應用前景。
[0003] 在蛇形仿生機器人行進當中，必然會遇到不可逾越的障礙物或者運動方向與目標 之間有一定角度的情況，這就要求機器人能根據(jù)自身結構和當前環(huán)境做出方向調(diào)整，繞開 障礙物或者調(diào)整方向對準目標前進。
[0004] 傳統(tǒng)的工業(yè)機器人相比，蛇形仿生機器人沒有固定的基坐標，運動過程中關節(jié)轉 矩與轉角有關，是具有非完整約束的動力系統(tǒng)，并且其關節(jié)數(shù)較多、長度都較大，使其運動 學、動力學建模比串聯(lián)機器人復雜得多。
[0005] 目前，大多數(shù)仿生機器蛇常用的轉彎控制方法有中心值控制法、相位控制法和幅 值控制法，雖然可以實現(xiàn)機器人的轉彎運動，但在實驗中，中心值控制法轉彎時機器人轉彎 角度不準確，關節(jié)角度變化幅度大，導致機器人抖動；相位控制法轉彎時由于關節(jié)角度有明 顯的突變，造成了機器人各關節(jié)先后出現(xiàn)抖動現(xiàn)象；幅值控制法轉彎半徑較大、時間較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對蛇形仿生機器人常用的三種轉彎控制方法不足，本發(fā)明公開的一種用 于蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法要解決的技術問題是，使蛇形仿生機器人轉彎 過程中和轉彎后充分保持蛇形曲線保持不變，并且能夠避免轉彎角度受幅值限制、不連續(xù) 的問題。
[0007] 本發(fā)明公開的一種用于蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法，包括如下步 驟：
[0008] 步驟一：蛇形仿生機器人轉彎運動時，當轉彎角度Φ小于幅值角α時，即當 Φ〈α時，轉彎角度φ是受幅值限制的，采用公式（1)的切線控制方程使蛇形仿生機器人轉 彎運動時保持轉彎前的轉彎角度Φ和蛇形曲線，即實現(xiàn)蛇形仿生機器人轉彎過程中蛇形 曲線保持不變，保證轉彎角度連續(xù)。
[0010] 其中，α為幅值角，φ為轉彎角度，b為比例系數(shù)，形仿生機器人的運動距離， 82轉彎時蛇形仿生機器人的運動距離。
[0011] 步驟二：當轉彎角度Φ大于幅值角α時，即當φ>α時，蛇形仿生機器人轉彎控 制前必須通過調(diào)節(jié)蛇形仿生機器人的幅值角α，使得幅值角α增大到合適值，所述的幅值 角α合適值指轉彎角度φ小于幅值角α的值，在調(diào)節(jié)蛇形仿生機器人的幅值角α的變 幅值操作后，采用滿足公式（1)的切線控制方程使蛇形仿生機器人轉彎運動時保持轉彎前 的轉彎角度Φ和蛇形曲線；在蛇形仿生機器人轉彎后，再次通過調(diào)節(jié)蛇形仿生機器人的幅 值角α，使幅值角α減小恢復至轉彎前的幅值角α。由于蛇形仿生機器人轉彎時只調(diào)節(jié) 幅值角α，保持轉彎角度φ不變，即實現(xiàn)蛇形仿生機器人轉彎過程中蛇形曲線保持不變， 保證轉彎角度Φ連續(xù)。
[0012] 為保證曲線連續(xù)性，緩解電機壓力，需要在幅值角α角度變化率為0時，進行變幅 值操作。
[0013] 有益效果：
[0014] 1、本發(fā)明公開的一種用于蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法，通過采用公 式（1)的切線控制方程使蛇形仿生機器人轉彎運動時保持轉彎前的運動角度Φ和蛇形曲 線，可有效解決相位控制法出現(xiàn)轉彎角度不連續(xù)的缺點。
[0015] 2、本發(fā)明公開的一種用于蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法，通過調(diào)節(jié)幅 值角α，可解決轉彎角度受幅值限制問題。
[0016] 3、本發(fā)明公開的一種用于蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法，在幅值角α 角度變化率為〇時進行變幅值操作，在保證蛇形曲線及轉彎角度Φ連續(xù)性的同時，緩解電 機壓力。
【附圖說明】
[0017] 圖1是切線控制和相位控制下蛇形仿生機器人運動軌跡對比圖；
[0018] 圖2是切線控制與相位控制下轉彎角度變化對比圖；
[0019] 圖3是變幅值切線控制法下蛇形仿生機器人運動軌跡圖；
[0020] 圖4是切線控制下不同轉彎角度的蛇形仿生機器人運動軌跡圖；
[0021] 圖5是增幅值處關節(jié)角度變化圖；
[0022] 圖6是切線轉彎處關節(jié)角度變化圖。
【具體實施方式】
[0023] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實例，結合附 圖對本發(fā)明基于不同的幅值角和轉彎角度進行詳細說明。
[0024] 實施例1 :
[0025] 本實施例公開的一種用于蛇形仿生機器人轉彎運動的切線控制方法，包括如下步 驟：
[0026] 步驟一：蛇形仿生機器人轉彎運動時，當轉彎角度Φ小于幅值角α時，即當 Φ〈α時，轉彎角度φ是受幅值限制的，直接采用公式（1)的切線控制方程使蛇形仿生機器 人轉彎運動時保持轉彎前的運動角度Φ和蛇形曲線，即實現(xiàn)蛇形仿生機器人轉彎過程中 蛇形曲線保持不變，保證轉彎角度連續(xù)。
[0028] 其中，α為幅值角，φ為轉彎角度，b為比例系數(shù)，形仿生機器人的運動距離， 82轉彎時蛇形仿生機器人的運動距離。
[0029] 如圖1所示，比較相位控制法和切線控制法對蛇形仿生機器人轉彎的不同控制， 可以從圖中看到，兩種方法都可以使蛇形仿生機器人準確的轉彎。
[0030] 如圖2所示，比較相位控制法和切線控制法對蛇形仿生機器人轉彎角度變化對 比，可以看出相位控制法控制下的蛇形仿生機器人在轉彎處出現(xiàn)了明顯的兩次突變，而切 線控制法控制下的蛇形仿生機器人，僅在轉彎的位置上有一定變化，只要控制好轉彎的時 間就可以實現(xiàn)最佳的轉彎控制。