[发明专利]一种无轮式蛇形机器人三维运动步态生成方法

权利要求书

1.一种无轮式蛇形机器人三维运动步态生成方法，其特征在于该方法包括：

1)基于曲线规划方法设计的新型前进运动步态，蛇形机器人的步态由步态构型曲线来表示，前进步态是由4个简单曲线片段组成一个步态单元，然后由步态单元无限循环构成；

2)在步骤1)所设计的前进运动步态的基础上，通过修改运动步态构型参数设计的带转向功能的新型衍生步态，将上述修改的步态曲线参数，按框架实时计算转向步态的关节角并下发，使蛇形机器人随时间变化沿步态曲线前后运动，形成转向步态曲线不同片段的构型，实现向左或向右的转向运动；

步骤1)中所述的曲线片段为圆弧片段。

2.根据权利要求1所述的无轮式蛇形机器人三维运动步态生成方法，其特征在于：相邻圆弧片段首尾相连，圆弧片段间仅有旋转角度关系，用扭角描述，一个圆弧片段的扭角的定义是在该圆弧段与上一圆弧段相交处，以上一圆弧段末端切线为轴，轴方向指向该圆弧段，相交点处上一段圆弧的半径旋转到该段圆弧在相交点处的半径所需要转过的角度。

3.根据权利要求1所述的无轮式蛇形机器人三维运动步态生成方法，其特征在于：每个步态单元中：第一段是一个半圆弧，其半径为r，弧度为π，与上一个圆弧段的扭角是-π/2；第二段是一个四分之一圆弧，其半径为r，弧度为π/2，与上一个圆弧段的扭角是-π/2；第三段是一个半圆弧，其半径为r，弧度为π，与上一个圆弧段的扭角是π/2；第四段是一个四分之一圆弧，其半径为r，弧度为π/2，与上一个圆弧段的扭角是π/2；整个步态构型曲线的第一个半圆弧段的上一圆弧段按一个长度极短的直线段处理。

4.根据权利要求1所述的无轮式蛇形机器人三维运动步态生成方法，其特征在于：带转向功能的新型衍生步态是以蛇头朝向为正方向，向左转向行进的步态曲线为：第一段是一个圆弧，其半径为r，弧度为0.75π，与上一个圆弧段的扭角是-π/2；第二段是一个四分之一圆弧，其半径为r，弧度为π/2，与上一个圆弧段的扭角是-π/2；第三段是一个圆弧，其半径为r，弧度为1.25π，与上一个圆弧段的扭角是π/2；第四段是一个四分之一圆弧，其半径为r，弧度为π/2，与上一个圆弧段的扭角是π/2；

向右转向行进的步态曲线为：第一段是一个圆弧，其半径为r，弧度为1.25π，与上一个圆弧段的扭角是-π/2；第二段是一个四分之一圆弧，其半径为r，弧度为π/2，与上一个圆弧段的扭角是-π/2；第三段是一个圆弧，其半径为r，弧度为0.75π，与上一个圆弧段的扭角是π/2；第四段是一个四分之一圆弧，其半径为r，弧度为π/2，与上一个圆弧段的扭角是π/2。

5.根据权利要求2所述的无轮式蛇形机器人三维运动步态生成方法，其特征在于：需要转过的角度通过右手法则确定角度正负，角度在-π到π之间。