[发明专利]一种仿蛇机器人混合三维步态控制方法

权利要求书

1.一种仿蛇机器人混合三维步态控制方法，其特征在于：仿蛇机器人混合三维步态适应于复杂环境下的任务执行，当仿蛇机器人进入新的工作环境中，将通过以下步骤实现适应工作环境的三维混合步态运动的：

①首先需要测量采集环境信息和任务需求即运动速度、工作时长、运动效率；②综合分析环境信息和任务需求，选择适应工作环境、满足任务需求的的三维混合运动步态；③选择适当的混合步态分割点，确定混合步态控制函数中的参数n，根据环境信息确定混合步态控制方程中关键参数α和ω的取值范围，根据任务需求计算确定仿蛇机器人机体前、后两段基本步态的参数值α和ω；④根据混合步态方程计算出各个俯仰关节和偏航关节的实时转动角度；⑤将角度值输入到对应的关节中，实现仿蛇机器人的混合步态运动；

仿蛇机器人三种混合三维步态中：

所述直线蠕动-水平波动运动，前半段机体进行直线蠕动运动，只对机体前半段中的俯仰关节输入直线蠕动运动相应控制信号；后半段机体进行水平波动运动，只对机体后半段中的偏航关节输入水平波动运动相应控制信号；

所述水平波动-侧向蜿蜒运动，前半段机体进行水平波动运动，只对机体前半段中的偏航关节输入水平波动运动相应控制信号；后半段机体进行侧向蜿蜒运动，对机体后半段中的俯仰关节和偏航关节输入侧向蜿蜒运动相应控制信号；

所述直线蠕动-侧向蜿蜒运动，前半段机体进行直线蠕动运动，只对机体前半段中的俯仰关节输入直线蠕动运动相应控制信号；后半段机体进行侧向蜿蜒运动，对机体后半段中的偏航关节和俯仰关节输入侧向蜿蜒运动相应控制信号；

通过混合三维步态的选择和具体步态参数的设置，仿蛇机器人能够在满足复杂工况环境和任务需求的基础上选择合适的混合三维步态，并计算出精确的步态控制参数，进而计算出各个关节的转动角度，输入到机器人各个关节，实现仿蛇机器人的三维运动。

2.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人混合三维步态控制方法，其特征在于：仿蛇机器人直线蠕动-水平波动运动混合步态，；前n个关节执行直线蠕动运动，后面的关节执行水平波动运动；仿蛇机器人前、后段机体关节控制函数如下：

其中N_h为偏航关节的总数目，N_v为俯仰关节的总数目，n为两种步态分离位置，A_v为前段机体俯仰关节摆动角度函数的幅值，ω_v为前段机体俯仰关节摆动角度函数的频率，δ_v为前段机体俯仰关节摆动角度函数的相位差；A_h为后段机体偏航关节摆动角度函数的幅值，ω_h为后段机体偏航关节摆动角度函数的频率，δ_h为后段机体偏航关节摆动角度函数的相位差。

3.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人混合三维步态控制方法，其特征在于：仿蛇机器人水平波动-侧向蜿蜒运动混合步态，前n个关节进行水平波动运动，后面的关节进行侧向蜿蜒运动；仿蛇机器人前、后段机体关节控制函数如下：

其中N_h为偏航关节的总数目，N_v为俯仰关节的总数目，n为两种步态分离位置，A_h1为前段机体偏航关节摆动角度函数的幅值，ω_h1为前段机体偏航关节摆动角度函数的频率，δ_h1为前段机体偏航关节摆动角度函数的相位差；A_h2为后段机体偏航关节摆动角度函数的幅值，ω_h2为后段机体偏航关节摆动角度函数的频率，δ_h2为后段机体偏航关节摆动角度函数的相位差；A_v为后段机体俯仰关节摆动角度函数的幅值，ω_v为后段机体俯仰关节摆动角度函数的频率，δ_v为后段机体俯仰关节摆动角度函数的相位差。

4.根据权利要求1所述的一种仿蛇机器人混合三维步态控制方法，其特征在于：仿蛇机器人直线蠕动-侧向蜿蜒运动混合步态，前n个关节进行直线蠕动运动，后面的关节进行侧向蜿蜒运动；仿蛇机器人前、后段机体关节控制函数如下：

其中N_h为偏航关节的总数目，N_v为俯仰关节的总数目，n为两种步态分离位置，A_v1为后段机体俯仰关节摆动角度函数的幅值，ω_v1为后段机体俯仰关节摆动角度函数的频率，δ_v1为前段机体俯仰关节摆动角度函数的相位差；A_h为后段机体偏航关节摆动角度函数的幅值，ω_h为后段机体偏航关节摆动角度函数的频率，δ_h为后段机体偏航关节摆动角度函数的相位差；A_v2为后段机体俯仰关节摆动角度函数的幅值，ω_v2为后段机体俯仰关节摆动角度函数的频率，δ_v2为后段机体俯仰关节摆动角度函数的相位差。