[发明专利]蛇形机器人自适应攀爬控制方法、系统、装置及介质

说明书

本发明公开了一种蛇形机器人自适应攀爬控制方法、系统、装置及介质，其中方法包括以下步骤：采用改进后的攀爬步态控制函数控制蛇形机器人进行攀爬运动；依据扩展卡尔曼滤波原理，设计参数自适应调节算法；结合改进后的攀爬步态控制函数和所述参数自适应调节算法，控制所述蛇形机器人在攀爬过程中对杆径的变化进行自适应调节。本发明通过结合攀爬步态控制函数和参数自适应调节算法形成闭环反馈，实时调整蛇形机器人的参数，实现蛇形机器人在攀爬过程中对杆径的变化进行自适应调节，可广泛应用于机器人控制技术领域。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种蛇形机器人自适应攀爬控制方法、系统、装置及介质。

背景技术

蛇形机器人作为仿生机器人的一种，被广泛运用于地形探索、桥梁检测等方面。其独特的机械结构与运动方式使其对固定直径的圆柱杆具备了稳定且快速的攀爬能力。因此蛇形机器人的攀爬步态一直是当前研究的热门之一，许多国内外学者均深耕于机器人攀爬步态的参数自适应、关节解耦合等领域。

针对于正交链接的蛇形机器人，其基础的攀爬步态函数数学表达式十分简单且易于控制，能快速且稳定地攀爬固定直径的圆杆。但是实际环境中圆柱杆的直径通常是不固定的，这就需要对关键参数设计可自适应调节的算法。同时由于基本攀爬步态控制函数的局限性，使得机器人各关节之间互相耦合，整体姿态的螺旋直径固定，导致了在攀爬过程中，机器人对于直径变化的圆杆无法柔顺过渡的问题。该问题的发生严重影响了蛇形机器人在实际应用领域的发展，所以研究并改善其攀爬步态的控制函数，解决关节耦合问题并设计其攀爬步态控制器实现自适应攀爬是十分具有挑战性和实际意义的。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种蛇形机器人自适应攀爬控制方法、系统、装置及介质。

本发明所采用的技术方案是：

一种蛇形机器人自适应攀爬控制方法，包括以下步骤：

采用改进后的攀爬步态控制函数控制蛇形机器人进行攀爬运动；

依据扩展卡尔曼滤波原理，设计参数自适应调节算法；

结合改进后的攀爬步态控制函数和所述参数自适应调节算法，控制所述蛇形机器人在攀爬过程中对杆径的变化进行自适应调节。

进一步，所述改进后的攀爬步态控制函数为对原始的攀爬步态函数进行关节的解耦合后，再与Sigmoid函数结合获得；

所述蛇形机器人为正交链接的蛇形机器人，包括N个俯仰关节与N个偏航关节，所述N为大于2的整数。

进一步，所述蛇形机器人在关节解耦合状态下的攀爬步态控制函数如下：

其中，A₁与A₂分别表示杆径变化前后的控制变量，ω表示关节转动的频率，v表示攀爬过程中螺距的大小，ε为偏移角，c表示期望解耦的关节序号，w表示攀爬步态螺距的变化率。

进一步，所述依据扩展卡尔曼滤波原理，设计参数自适应调节算法，包括：

分析改进后的攀爬步态控制函数的数学表达式，选定控制参数对为需作自适应调整的状态变量，选定关节角度值θ_n为观测量；

根据选定的状态变量和观测量建立系统的状态方程和观测方程；

利用所述状态方程和所述观测方程，结合扩展卡尔曼滤波理论，使用泰勒级数对所述系统进行线性化；

设定所述扩展卡尔曼滤波理论中其余变量的初始值，完成扩展卡尔曼滤波器的变量参数设置，获得参数自适应调节算法。

进一步，在确定所述扩展卡尔曼滤波器各个变量参数之后，对滤波后的控制参数作如下改进：