[发明专利]一种具有柔性连杆的蛇形机器人及仿生控制方法

权利要求书

1.一种具有柔性连杆的蛇形机器人的仿生控制方法，其特征在于，所述蛇形机器人由若干个串行连接的基本单元模块组成，各基本单元模块之间通过螺丝固定连接；所述基本单元模块由一个柔性单元和一个驱动关节装置固定连接而成；所述柔性单元包括前半圆U形框、工字形柔性体、从动轮、后半圆U形框及弯曲传感器；所述工字形柔性体的两端分别加工有安装孔，所述前半圆U形框与所述工字形柔性体一端的安装孔固定连接，所述后半圆U形框与所述工字形柔性体另一端的安装孔固定连接，所述前半圆U形框和所述后半圆U形框的外轮廓相切，工字形柔性体在外力作用下，绕其中垂线旋转；所述从动轮安装在后半圆U形框的旋转轴孔上；所述工字形柔性体的中心孔中安装有弯曲传感器；

所述驱动关节装置包括数字舵机、舵机输出盘、U形摆臂和3个外框架；所述舵机输出盘与数字舵机固定连接，U形摆臂与舵机输出盘固定连接；所述U形摆臂与下一基本单元模块的前半圆U形框固定连接；所述3个外框架分别安装在数字舵机除U形摆臂固定面的另外三面上，安装在与U形摆臂相对面上的外框架与本基本单元模块的后半圆U形框固定连接；

所述仿生控制方法基于双层中枢模式发生器，包括节律发生器层，运动神经元层及PID模块；所述节律发生器层和运动神经元层分别控制蛇形机器人关节动作的相位和运动曲线；所述PID模块由数字舵机的内置控制单元提供；所述节律发生器层的神经元模型公式如（1-1）所示：

其中，参数θ_i是节律神经元的状态变量，ω_i是节律神经元的固有频率，w_ij是节律神经元间的耦合权重，Φ_i是节律神经元层的输出信号；

所述运动神经元层的神经元模型公式如（1-2）所示：

其中，参数z_i是运动神经元的状态变量，y_i运动神经元的输出变量，τ是运动神经元的时间常数，α和β是运动神经元的比例常数，保持等式α=4β，y_des(Φ_i)是蛇形机器人关节控制目标函数，A_i是关节振荡幅值，x_i是关节偏移量，ξ_i表示弯曲传感器的反馈输入；

DSP F2812主控单元实现蛇形机器人的仿生运动控制信号的计算，经RS-485通信总线接口依次传送给数字舵机；柔性单元内的弯曲传感器经由DSP F2812主控单元的ADC检测其输出角度，将输出角度带入式（1-2）计算蛇形机器人的关节控制信号。

2.根据权利要求1所述的具有柔性连杆的蛇形机器人的仿生控制方法，其特征在于，所述的工字形柔性体采用橡胶材料。

3.根据权利要求1所述的具有柔性连杆的蛇形机器人的仿生控制方法，其特征在于，所述舵机输出盘与数字舵机通过花键和螺丝固定连接。

4.根据权利要求1所述的具有柔性连杆的蛇形机器人的仿生控制方法，其特征在于，所述U形摆臂和外框架上均设有安装孔。