[發明專利]仿生蛇形機器人運動步態規劃方法、系統、設備及介質

有效

• 申請號: 202110330142.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113084787B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 黃華聰;武靜;楊景康;汪超;陳梓浩;陳廣茂
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李君

1.一種仿生蛇形機器人運動步態規劃方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取蛇的蜿蜒運動軌跡圖像；

根據蛇的蜿蜒運動軌跡圖像，構建軌跡函數，具體包括：根據蛇的蜿蜒運動軌跡圖像，得到關于軌跡的初步擬定函數；選取特征點，將特征點坐標代入初步擬定函數，求出初步擬定函數內幅值、頻率和初相位的關系式；根據幅值、頻率和初相位的關系式，構建軌跡函數；

所述初步擬定函數如下式：

其中，i(x)＝ax+b，(a，b)為幅值的特征向量；w(x)＝cx+d，(c，d)為頻率的特征向量；(e，f)為初相位的特征向量；

在軌跡函數中加入時間變量，得到隨時間動態的運動軌跡函數，如下式：

其中，t為時間，g為運動速度參數；

求出運動軌跡函數的曲率，計算如下：

f(x，t)＝∫∫g(x，t)dx

其中，t為時間，x為軌跡位置；

根據運動軌跡函數的曲率，將軌跡位置轉化為蛇身長度，得到曲率函數，具體為：根據運動軌跡函數的曲率，將軌跡位置x轉化為蛇身長度s，即令s＝∫g(x，t)dx，得到曲率函數g(s，t)；

根據曲率函數，確定仿生蛇形機器人的舵機轉動參數，以完成仿生蛇形機器人的運動步態規劃；其中，所述根據曲率函數，確定仿生蛇形機器人的舵機轉動參數具體包括：將相鄰舵機的間距k與舵機節數n相乘得到的結果代入曲率函數，得到各舵機處的曲率g(nk，t)；根據各舵機處的曲率，確定仿生蛇形機器人的舵機轉動參數為θ(nk，t)＝αg(nk，t)+β；

在完成仿生蛇形機器人的運動步態規劃后，將舵機轉動參數編譯成代碼輸入仿生蛇形機器人進行運動驗證，根據仿生蛇形機器人所需速度調整g的值，根據仿生蛇形機器人實際軌跡調整α，β的值。

2.一種仿生蛇形機器人運動步態規劃系統，其特征在于，所述系統包括：

軌跡圖像獲取模塊，用于獲取蛇的蜿蜒運動軌跡圖像；

軌跡函數構建模塊，用于根據蛇的蜿蜒運動軌跡圖像，構建軌跡函數，具體包括：根據蛇的蜿蜒運動軌跡圖像，得到關于軌跡的初步擬定函數；選取特征點，將特征點坐標代入初步擬定函數，求出初步擬定函數內幅值、頻率和初相位的關系式；根據幅值、頻率和初相位的關系式，構建軌跡函數；

所述初步擬定函數如下式：

其中，i(x)＝ax+b，(a，b)為幅值的特征向量；w(x)＝cx+d，(c，d)為頻率的特征向量；(e，f)為初相位的特征向量；

時間變量加入模塊，用于在軌跡函數中加入時間變量，得到隨時間動態的運動軌跡函數，如下式：

其中，t為時間，g為運動速度參數；

曲率計算模塊，用于求出運動軌跡函數的曲率，計算如下：

f(x，t)＝∫∫g(x，t)dx

其中，t為時間，x為軌跡位置；

曲率函數獲取模塊，用于根據運動軌跡函數的曲率，將軌跡位置轉化為蛇身長度，得到曲率函數，具體為：根據運動軌跡函數的曲率，將軌跡位置x轉化為蛇身長度s，即令s＝∫g(x，t)dx，得到曲率函數g(s，t)；

舵機轉動參數確定模塊，用于根據曲率函數，確定仿生蛇形機器人的舵機轉動參數，以完成仿生蛇形機器人的運動步態規劃；其中，所述根據曲率函數，確定仿生蛇形機器人的舵機轉動參數具體包括：將相鄰舵機的間距k與舵機節數n相乘得到的結果代入曲率函數，得到各舵機處的曲率g(nk，t)；根據各舵機處的曲率，確定仿生蛇形機器人的舵機轉動參數為θ(nk，t)＝αg(nk，t)+β；

在完成仿生蛇形機器人的運動步態規劃后，將舵機轉動參數編譯成代碼輸入仿生蛇形機器人進行運動驗證，根據仿生蛇形機器人所需速度調整g的值，根據仿生蛇形機器人實際軌跡調整α，β的值。

3.一種計算機設備，包括處理器以及用于存儲處理器可執行程序的存儲器，其特征在于，所述處理器執行存儲器存儲的程序時，實現權利要求1所述的仿生蛇形機器人運動步態規劃方法。

4.一種存儲介質，存儲有程序，其特征在于，所述程序被處理器執行時，實現權利要求1所述的仿生蛇形機器人運動步態規劃方法。