[发明专利]爬行机器人在圆柱类物体表面运动位置的描述方法

摘要

本发明提供了一种爬行机器人在圆柱类物体表面运动位置的描述方法，采用分步假设法，如下：在笛卡尔直角坐标系中，设一圆柱面的轴线m在平面zoy内，在m轴上任意选择一圆A，圆A上任选一点C作为机器人在圆柱面上的位置；经分步假设，齐次向量表示，矩阵平移或旋转变换解算，改变相应的坐标值就可以求得任意点的坐标值，即对机器人在圆柱面上沿轴线方向移动或绕轴线对转动到任意点的位置描述。不管机器人在圆柱面上的移动方向是向左、向右、向前、向后，在出现多个分支方向的情况下，所用到的方法都是一样的，只需要利用本发明方法提供的公式平移或旋转变换，改变相应的坐标值就可以求得任意点的坐标值。

主权项

1.一种爬行机器人在圆柱类物体表面运动位置的描述方法，其特征在于，它采用分步假设法，具体如下步骤一、在笛卡尔直角坐标系中，设一圆柱面的轴线m在平面zoy内，圆柱的半径为r；轴线m与z轴的夹角为θ，与z轴的交点为E；E与平面xoy之间的距离为a；在轴线m上任意选择一点A，该点到E的距离为b；过点A做垂直于轴线m的平面，则平面与圆柱面的相交面为圆A；在圆A上，任选一点C，将C点坐标作为机器人在圆柱面上的位置；其中，C点在圆柱面上的运动可以是沿着轴线m方向的移动，也可以是绕着轴线m的转动；步骤二、求机器人在圆柱面上的C点位置，现做如下分步假设：2.1、让圆柱轴线m的初始位置与y轴重合；2.2、让点C的起始点在坐标原点O，并记该点向量为C₁；此时点向量C₁用齐次向量表示为：2.3、点C从原点O沿y轴平移到A₁点，此时点向量记为C₂，此时点向量C₂可以根据平移矩阵得到，平移矩阵为：式中x₀—沿x轴方向平移距离；y₀—沿y轴方向平移距离；z₀—沿z轴方向平移距离；则2.4、点C从A₁点沿z轴方向平移到B₁点，此时点向量记为C₃；C₃向量可根据平移矩阵得到；2.5、点C从B₁点绕y轴旋转α，此时点向量记为C₄；此时C₄向量根据旋转矩阵得到，其中旋转矩阵为：旋转之后的C₄向量为：2.6、水平圆柱面绕x轴旋转π/2‑θ，此时点向量记为C₅；C₅向量根据旋转矩阵得到，其中旋转矩阵为：则2.7、圆柱面沿z轴方向平移a，此时点向量记为C₆；C₆向量再根据平移矩阵得到：按照步骤一的设定，公式(6)中的y₀＝b，z₀＝a；这样公式(6)中的所有变量对于确定的管路都是已知的；步骤一中设定的的机器人的位置C的坐标为：上述C的坐标就是对机器人在圆柱面上沿轴线m方向移动或绕轴线m对转动到任意点的位置描述。