[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

本發明公開了一種仿生蛇形機器人運動步態規劃方法、系統、設備及介質，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；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；求出運動軌跡函數的曲率；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；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。本發明可以讓仿生蛇形機器人在最簡單的方式下實現對真蛇各種運動的模擬，提高了給仿生蛇形機器人做步態規劃的高效性，有效地降低了仿生蛇形機器人步態規劃的復雜度。

技術領域

本發明涉及一種仿生蛇形機器人運動步態規劃方法、系統、設備及介質，屬于機器人運動步態控制技術領域。

背景技術

步態規劃是使機器人按照規劃的步態運動的一種控制方法。步態規劃的方法大致有一下幾種：仿生學方法、智能學習算法、模型簡化等。基于仿生學的步態規劃方法是蛇形機器人最主流的步態規劃方法，首先蛇形機器人是模仿蛇的形態和行為制造的機器人，它具有類蛇的機械結構，基于仿生學的步態規劃方法是使用儀器記錄蛇蜿蜒或蠕動時的運動數據，然后對記錄的數據進行分析和處理，最后要修正使其符合蛇形仿生機器人的驅動方式，質量分布，和機械結構。最后將修正后的數據作為機器人的輸入控制參數。仿生學是20世紀60年代出現的一門綜合性邊緣學科，它由生命科學和工程技術科學相互滲透、相互結合而成。可以說仿生學的研究對科學技術和社會的發展起著舉足輕重的作用。仿生系統以其能體現和再現生命特征成為現代研究的重點課題。生命系統的自主運動和適應能力的物理實現不僅能夠把人從繁重、危險、單調乏味的工作環境中解脫出來，而且能夠代替人在危險場合完成復雜作業。仿生學將生命原理應用到工程系統的研究和設計中，尤其對當今日益發展的機器人學科起到了巨大的推動作用，促進了仿生機器人領域的蓬勃發展。但是由真實的蛇行運動經過仿生學研究后修改為機器人的輸入控制參數往往需要很大的工作量。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種仿生蛇形機器人運動步態規劃方法、系統、設備及介質，其可以讓仿生蛇形機器人在最簡單的方式下實現對真蛇各種運動的模擬，提高了給仿生蛇形機器人做步態規劃的高效性，有效地降低了仿生蛇形機器人步態規劃的復雜度。

本發明的第一個目的在于提供一種仿生蛇形機器人運動步態規劃方法。

本發明的第二個目的在于提供一種仿生蛇形機器人運動步態規劃系統。

本發明的第三個目的在于提供一種計算機設備。

本發明的第四個目的在于提供一種存儲介質。

本發明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種仿生蛇形機器人運動步態規劃方法，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；

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；

求出運動軌跡函數的曲率；

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；

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。

進一步的，所述根據蛇的蜿蜒運動軌跡圖像，構建軌跡方程，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。

進一步的，所述初步擬定函數如下式：