[發明專利]一種仿蛇機器人自適應路徑跟蹤方法

有效

• 申請號: 201911302153.0
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111338384B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 曹政才;張東;袁昊
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種仿蛇機器人自適應路徑跟蹤方法，其特征在于：首先，確定路徑規劃目標點，根據仿蛇機器人姿態框架對障礙物進行膨脹化處理，建立機器人和障礙物之間的碰撞約束，利用路徑規劃算法生成可行路徑點；其次，針對仿蛇機器人無法大幅變向的運動特點，對路徑點進行篩選、平滑處理；在路徑跟蹤過程中，將仿蛇機器人視為一個整體并以可變矩形框架表示，以可變矩形與膨脹化后的障礙物之間的碰撞關系調整仿蛇機器人的步態參數；仿蛇機器人的路徑規劃與自適應跟蹤算法，通過路徑規劃及平滑克服了現有算法實用性差、不穩定的缺陷，通過設計相應的自適應路徑跟蹤控制器能夠實現仿蛇機器人的自主導航；

仿蛇機器人的整體框架為基于仿蛇機器人質心所處位置、仿蛇機器人的步態參數及前進方向生成的能夠將完整機體包括的可變矩形，相關函數如下：

其中N為連桿數量，L為連桿長度，(X_j，Y_j)為連桿j的質心的全局坐標，(p_x，p_y)為仿蛇機器人質心的全局坐標，(a_n，b_n)為不考慮仿蛇機器人前進方向時整體框架第n個頂點的坐標，(u_n，v_n)為仿蛇機器人整體框架的第n個頂點的坐標，為仿蛇機器人方向角，α為仿蛇機器人蜿蜒運動的幅值，tole＞0為一個參數常量；

障礙物膨脹程度依據仿蛇機器人運動振幅進行調整，其相關函數如下：

其中，N_o為環境中障礙物的數目，為環境中第k個障礙物左下頂點的全局坐標，為第k個障礙物膨脹后的左下頂點的全局坐標，l、w分別為障礙物的長、寬，α為運動幅值。

2.根據權利要求1所述的一種仿蛇機器人自適應路徑跟蹤方法，其特征在于：所生成的可變矩形框架需覆蓋整個仿蛇機器人，矩形尺寸由仿蛇機器人步態參數決定。

3.根據權利要求1所述的一種仿蛇機器人自適應路徑跟蹤方法，其特征在于：障礙物的膨脹化虛擬空間由仿蛇機器人整體姿態框架尺寸決定，即由機器人步態參數決定，且膨脹出的虛擬空間允許機器人通行。

4.根據權利要求1所述的一種仿蛇機器人自適應路徑跟蹤方法，其特征在于：針對仿蛇機器人平面波動步態下無法大幅變向的特點，在規劃出的路徑點中選擇平緩的并剔除在平緩路徑段中偏差大的路徑點。

5.根據權利要求1所述的一種仿蛇機器人自適應路徑跟蹤方法，其特征在于：控制器中前向距離參數根據機器人位置、方向與已規劃的路徑之間的關系自適應調整，跟蹤到期望路徑的速率將隨偏離程度而改變，從而計算出方向控制參數。

6.根據權利要求1所述的一種仿蛇機器人自適應路徑跟蹤方法，其特征在于：對快速擴展隨機樹路徑規劃進行改進，在規劃路徑前根據仿蛇機器人物理特性對環境進行障礙物膨脹化處理，在規劃后對路徑點進行篩選和平滑預算。