[發明專利]一種連續型機器人空間路徑跟蹤效果的評價方法

有效

• 申請號: 201310663907.1
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103707298A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 牛國臣;高慶吉;胡丹丹;王力
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G05B23/00;G05D1/12
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，特別是涉及一種連續型機器人空間路徑跟蹤效果的評價方法。

背景技術

連續型機器人是一種采用“無脊椎”柔性結構的新型仿生機器人，具有良好的彎曲性能，可以柔順而靈活地改變自身的形狀，其優良的彎曲特性甚至可以和蛇、象鼻子以及章魚觸角等生物器官媲美。由于連續型機器人的外形可以靈活改變，因此具有根據環境障礙物的狀況而改變自身形狀的能力，對工作空間受限的環境具有獨特的適應能力。其應用前景廣闊，可以應用于飛機油箱檢查、多障礙物工業環境內的作業、彎曲管道和塌陷建筑物內的偵查和搜救、核電站內部管路的維護、人體疾病的診療等場合。

連續型機器人為由多個關節段構成的串聯機器人，其關節段具有結構上的約束，能進行空間的彎曲和旋轉運動。在空間結構約束很強的環境中，為避免機器人觸碰造成損傷或潛在危險，需對機器人到達目標區域的行進路徑進行規劃。路徑為由若干個類似連續型關節的曲線構成，滿足其結構約束，是連續型機器人到達目標區域的最終姿態。在設計跟蹤算法時，為分析和評價跟蹤效果，需要提出評價方法。而當前對于連續型機器人跟蹤效果的評價尚缺少依據。

在這種技術背景下，目前尚未發現針對于連續型機器人空間路徑跟蹤效果的評價方法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種連續型機器人空間路徑跟蹤效果的評價方法。

為了達到上述目的，本發明提供的連續型機器人空間路徑跟蹤效果的評價方法包括建立評價指標階段和跟蹤計算階段；

（一）建立評價指標階段

首先建立路徑跟蹤性能評價指標：最大誤差、平均誤差、響應時間和控制精度；

（二）跟蹤計算階段

在蛇臂跟蹤路徑的步進過程的每一步中，計算并記錄評價指標所需要的各項參數，在跟蹤完成后，確定評價指標的各項數值。

在建立評價指標階段中，所述的評價指標包括：

1.1)最大誤差

最大誤差是指連續型機器人蛇臂在對路徑跟蹤時蛇臂關節段與相應路徑段的最大偏差距離；由于跟蹤路徑過程中只求解蛇臂末端關節段的關節段變量，其余關節段重復蛇臂末端關節段的運動，故蛇臂基座每次步進后，只需求解末端關節段與路徑的最大距離，這些最大距離中的最大值為最大誤差；路徑關節段數為n個，設最大距離為d_maxt(t=1,2,3,...,nw)，最大誤差為e_max；

1.2)平均誤差

平均誤差是指蛇臂末端關節段與路徑關節段的所有最大距離的平均值，用來衡量跟蹤過程中的平均偏差大小；設平均誤差為則

e‾=Σt=1nwdmaxtnw]]>

1.3)響應時間

響應時間是指每次計算出蛇臂關節段變量所需的時間，用來衡量控制算法的快速性；

1.4)控制精度

控制精度是指完成路徑跟蹤后蛇臂末端點與路徑末端點的距離；路徑是由給定需要檢測的目標點后按照路徑規劃算法產生的，與路徑末端點的距離即是與目標點的距離；控制精度是用來衡量到達目標點的準確程度。

所述的跟蹤計算階段的具體操作過程包括按順序執行的如下階段：

步驟一、建立蛇臂末端關節分點的S01階段：將蛇臂末端關節段均分為w份；

步驟二、求分點路徑坐標{B₀}的S02階段：求解分點在路徑坐標系{B₀}中的坐標，記作數組U(q)(q=1,2,...,w)；

步驟三、建立路徑分點數組{V_p,q}的S03階段：將路徑各關節段均分w份，分點構成數組V(p,q)(p=1,2,...，n;q=1,2,...,w)；

步驟四、跟蹤一個路徑關節段的S04階段：蛇臂前進一步，并完成跟蹤路徑的動作；即：蛇臂末端關節段跟蹤路徑一個關節段，基座第j(0≤j≤w)次步進；