>[0078] 然后，當(dāng)確定好指定步態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過Motion Shape Code Technique(MSCT)在一 個(gè)周期中產(chǎn)生三類輸出信號(hào)A，B，C，輸入到關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，分別對(duì)應(yīng)自然步態(tài)中的蜿蜒運(yùn)動(dòng)、 輪式步態(tài)中的U形運(yùn)動(dòng)、混純運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)初始運(yùn)動(dòng)形狀的生成。
[0079] A信號(hào)為蜿蜒運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)模式，根據(jù)1.3.2中推導(dǎo)可知，其滿足
[0080] B信號(hào)為輪式運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)模式，其主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)速度和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸入如表1所示
[0081] 表1.U形運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)控制
[0082]
[0083] C信號(hào)為混沌運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模式，其運(yùn)動(dòng)具有不確定性，故而初始形狀不作約束。
[0084] 通過將直線運(yùn)動(dòng)形狀作為過渡形狀實(shí)現(xiàn)A，B之間的運(yùn)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換，具體的主動(dòng)輪 驅(qū)動(dòng)速度和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸入如表2，表3
[0085] 表2.蜿蜒運(yùn)動(dòng)到U形運(yùn)動(dòng)的切換
[0086]
[0087] 表3. U形運(yùn)動(dòng)到蜿蜒運(yùn)動(dòng)的切換
[0088]
[0089]最后，當(dāng)仿蛇搜救機(jī)器人形成指定步態(tài)的初始形狀時(shí)，通過Hopfield網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持 續(xù)運(yùn)動(dòng)步態(tài)生成和控制，它的具體權(quán)重參數(shù)選擇如式(10)。穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)期間，檢測模塊持續(xù)檢 測地形情況，若地形出現(xiàn)變化，則需要變化成運(yùn)動(dòng)步態(tài)，此時(shí)通過MSCT在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中， 以直線形狀為過渡形狀，根據(jù)表2、3,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人從一種工作步態(tài)到另一種工作步態(tài)的轉(zhuǎn) 換。
[0090] (10)
[0091]至此完成整個(gè)步態(tài)控制器的設(shè)計(jì)，整個(gè)控制過程如圖5所示。
[0092]對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器的有效性進(jìn)行仿真驗(yàn)證:設(shè)仿蛇搜救機(jī)器人質(zhì)量m = 0.270kg， 一個(gè)單元長度為1 = 0.145m。通過HNN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同步態(tài)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)期望輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成 關(guān)節(jié)角度信號(hào)，再輸入到仿蛇搜救機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型，產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)形式。具體仿真信號(hào) 如圖6~8所示。
[0093] 說明：圖6為仿蛇搜救機(jī)器人產(chǎn)生的蜿蜒運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)圖，圖7為仿蛇搜救機(jī)器人 產(chǎn)生的輪式運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)圖，圖8為HNN混沌運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)圖，為簡便起見，仿真圖中只給出 前三個(gè)關(guān)節(jié)信號(hào)輸入。
[0094] 由以上仿真結(jié)果圖6~8可以看出，仿蛇搜救機(jī)器人能夠通過基于HNN網(wǎng)絡(luò)的多步 態(tài)控制方法產(chǎn)生合適信號(hào)進(jìn)行不同步態(tài)運(yùn)動(dòng)，且不同的步態(tài)具有不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，適合不 同的地形條件，并能根據(jù)MSCT實(shí)現(xiàn)步態(tài)的轉(zhuǎn)換，因此所設(shè)計(jì)的多步態(tài)控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)仿 蛇搜救機(jī)器人步態(tài)生成、控制及轉(zhuǎn)換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種仿蛇捜救機(jī)器人多步態(tài)控制方法，其特征在于:包含W下步驟， 1.1構(gòu)建基于高效完成任務(wù)需求的仿蛇捜救機(jī)器人的自然步態(tài)、輪式步態(tài)W及混濁步 態(tài)； 1.2根據(jù)步驟1.1中的多種步態(tài)特征，建立仿蛇捜救機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模式與各步態(tài)之間的對(duì) 應(yīng)關(guān)系； 所述的對(duì)應(yīng)關(guān)系包括:通過控制仿蛇捜救機(jī)器人的關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)自然步態(tài);通過控制仿蛇 捜救機(jī)器人的正交主動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)輪式步態(tài);通過同時(shí)控制仿蛇捜救機(jī)器人的關(guān)節(jié)和正交主動(dòng) 輪實(shí)現(xiàn)混濁步態(tài)； 1.3根據(jù)步驟1.1中的多種步態(tài)特征和仿蛇捜救機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)模式，采用化Pfield網(wǎng)絡(luò) 設(shè)計(jì)各個(gè)步態(tài)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)； 1.4根據(jù)步驟1.1中的仿蛇捜救機(jī)器人步態(tài)和步驟1.3中設(shè)計(jì)的化Pfield網(wǎng)絡(luò)步態(tài)控 審IJ，設(shè)計(jì)前期的地形檢測模塊和步態(tài)形狀生成及轉(zhuǎn)換模塊，完成整個(gè)仿蛇捜救機(jī)器人步態(tài) 的設(shè)計(jì)和控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蛇捜救機(jī)器人多步態(tài)控制方法，其特征在于:步驟1.3 根據(jù)步驟1.2中S種步態(tài)不同的驅(qū)動(dòng)模式組成，為化時(shí)ield網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重確定提供輸出信號(hào) 依據(jù)： 自然步態(tài)運(yùn)動(dòng)具有周期性變化特點(diǎn)，期望周期性的類正弦輸入信號(hào)；將正弦曲線離散 化，得到步態(tài)各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)，考慮到機(jī)構(gòu)的機(jī)械約束，加入一個(gè)變量 口 = ^調(diào)節(jié)輸出，然后將該信號(hào)輸入到化時(shí)ield網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行權(quán)重參數(shù)計(jì)算； 輪式步態(tài)運(yùn)動(dòng)具有運(yùn)動(dòng)形狀不變性，期望不變的穩(wěn)定輸入信號(hào)；考慮網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和 收斂性，通過化時(shí)ield網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)方程，計(jì)算權(quán)重矩陣； 混濁步態(tài)運(yùn)動(dòng)具有不規(guī)律性，且為保證快速性，期望隨機(jī)多樣的輸入信號(hào);通過嘗試法 選取權(quán)重矩陣參數(shù)，使化時(shí)ield網(wǎng)絡(luò)能輸出混濁信號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蛇捜救機(jī)器人多步態(tài)控制方法，其特征在于:步驟1.4 中設(shè)計(jì)前期的地形檢測模塊，檢測地形情況，選擇合適的步態(tài)，然后通過步態(tài)形狀生成模塊 及轉(zhuǎn)換模塊形成相應(yīng)步態(tài)形狀，最后通過化時(shí)ield網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)定步態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿蛇 捜救機(jī)器人步態(tài)的生成和控制； 首先，在仿蛇捜救機(jī)器人頭部對(duì)稱布置S個(gè)Infrared Ray(IR)傳感器a，b，C，其中b傳 感器有一個(gè)垂直方向的自由度；=個(gè)傳感器分別實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過計(jì)算地面 的寬闊性和平坦性；如果地面不夠?qū)掗?，采用混濁步態(tài)運(yùn)動(dòng)；如果地面寬闊但不平坦，采用 自然步態(tài)運(yùn)動(dòng);如果地面寬闊且平坦，采用輪式步態(tài)運(yùn)動(dòng)； 然后，當(dāng)確定好步態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過Motion化ape Code Technique(MSCT)將對(duì)應(yīng)步態(tài)的 一個(gè)周期的輸出信號(hào)輸入關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)初始運(yùn)動(dòng)形狀的生成； 最后，當(dāng)仿蛇捜救機(jī)器人形成指定步態(tài)時(shí)，通過化pfieId網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)運(yùn)動(dòng)生成和控 審IJ;期間，檢測模塊持續(xù)檢測，若地形出現(xiàn)變化，則需要變化運(yùn)動(dòng)步態(tài)，此時(shí)通過MSCT在兩個(gè) 運(yùn)動(dòng)周期中，W直線形狀為過渡形狀，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人從一種工作步態(tài)到另一種工作步態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蛇捜救機(jī)器人多步態(tài)控制方法，其特征在于： 1.1構(gòu)建基于高效完成任務(wù)需求的仿蛇捜救機(jī)器人的自然步態(tài)、輪式步態(tài)W及混濁步 態(tài)； 根據(jù)大多數(shù)災(zāi)害現(xiàn)場布滿或多或少、或大或小的障礙物特點(diǎn)，為使仿蛇捜救機(jī)器人在 較平坦地形實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，在不平坦地面為保護(hù)蛇體機(jī)構(gòu)而進(jìn)行蛇態(tài)運(yùn)動(dòng)，在狹小空間進(jìn) 行隨機(jī)運(yùn)動(dòng)要求，即仿蛇捜救機(jī)器人需要自然、輪式W及混濁=類運(yùn)動(dòng)模式，進(jìn)而高效完成 任務(wù)； 自然步態(tài)主要指蛇的婉艇、側(cè)滑、伸縮運(yùn)動(dòng)，運(yùn)種蛇態(tài)運(yùn)動(dòng)利用機(jī)體和環(huán)境間的各向異 性摩擦力，推動(dòng)仿蛇捜救機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)，具有環(huán)境高適應(yīng)性;輪式步態(tài)主要有U形、具有不 同運(yùn)動(dòng)方向的N形等類輪式運(yùn)動(dòng)，運(yùn)種輪式運(yùn)動(dòng)利用機(jī)體形狀類輪式特性，可W做輪式運(yùn) 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的快速性;混濁步態(tài)模仿蛇在狹小空間扭動(dòng)逃離動(dòng)作，避免機(jī)體被困而無法進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)控制； 1.2根據(jù)步驟1.1中的多種步態(tài)特征，建立仿蛇捜救機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模式與各步態(tài)之間的對(duì) 應(yīng)關(guān)系； 仿蛇捜救機(jī)器人模型中主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)的軸向方向正交，即仿蛇捜救機(jī)器人沿 著Ys軸運(yùn)動(dòng)，機(jī)身沿著Xs軸分布，其中Xs與Ys垂直;其中的主動(dòng)關(guān)節(jié)為仿生并聯(lián)關(guān)節(jié)，采用2-UPS/U機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)承載，大輸出并具有自鎖性;機(jī)構(gòu)的輸入為兩個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器的直線位 移變化，輸出是活動(dòng)的關(guān)節(jié)平面;關(guān)節(jié)俯仰角和直線驅(qū)動(dòng)器的關(guān)系通過下式計(jì)算：(1) 通過控制仿蛇捜救機(jī)器人的正交主動(dòng)輪和仿生并聯(lián)關(guān)節(jié)，可W產(chǎn)生自然、輪式和混濁 運(yùn)動(dòng)形式； (1) 自然步態(tài)：主要指蛇的婉艇、側(cè)滑、伸縮運(yùn)動(dòng);運(yùn)類周期性變化的步態(tài)，可W通過控 制仿蛇捜救機(jī)器人關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)關(guān)節(jié)俯仰推進(jìn)機(jī)器人前進(jìn)； (2) 輪式步態(tài)：主要有U形、具有不同運(yùn)動(dòng)方向的N形輪式運(yùn)動(dòng)；利用正交主動(dòng)輪產(chǎn)生的 附加運(yùn)動(dòng)自由度，仿蛇捜救機(jī)器人可W產(chǎn)生類似輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式;具體是先通過控 制關(guān)節(jié)使機(jī)器人各個(gè)單元到達(dá)期望位形，再通過控制輪子進(jìn)行后續(xù)類輪