蛇形機(jī)器人在障礙物環(huán)境中的運(yùn)動研究.pdf

1、蛇形機(jī)器人要走向?qū)嶋H應(yīng)用，必須著力解決的首要問題是如何在復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)動以及實(shí)現(xiàn)適應(yīng)環(huán)境的避障基礎(chǔ)理論問題。本文致力于研究蛇形機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的避障運(yùn)動。
　　目前蛇形機(jī)器人普遍采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于設(shè)計安裝和節(jié)約成本。蜿蜒運(yùn)動是蛇形機(jī)器人通過各個模塊間規(guī)律性的振蕩推動整個蛇體運(yùn)動的一種運(yùn)動步態(tài)，是蛇形機(jī)器人運(yùn)動效率較高的一種運(yùn)動方式。這種運(yùn)動方式不同于普通的行走機(jī)器人，維護(hù)模塊之間的規(guī)律性振蕩產(chǎn)生蜿蜒運(yùn)動使運(yùn)動控制變得復(fù)雜，更增

2、加了復(fù)雜環(huán)境中路徑規(guī)劃的難度。本文在蜿蜒運(yùn)動理論基礎(chǔ)上，基于幾何法、人工勢能法和改進(jìn)后的人工勢能法對蛇形機(jī)器人在障礙物環(huán)境下的運(yùn)動進(jìn)行規(guī)劃。利用幾何方法探討了通過規(guī)劃蛇頭與規(guī)劃整個蛇體對蛇形機(jī)器人運(yùn)動路徑的影響，得到更有利于運(yùn)動穩(wěn)定性的規(guī)劃方法，為人工勢能法奠定基礎(chǔ)。應(yīng)用人工勢能法中將障礙物賦予高勢能產(chǎn)生排斥力，將目標(biāo)賦予低勢能產(chǎn)生吸引力，使蛇形機(jī)器人在排斥力與吸引力的作用下避開障礙物到達(dá)目標(biāo)。在人工勢能法中，蛇形機(jī)器人在縱向方向偏移障

3、礙物的距離過大，這不僅浪費(fèi)了能量，而且增加了運(yùn)動時間。綜合蛇形機(jī)器人前進(jìn)方向與障礙物勢能的關(guān)系，對人工勢能法進(jìn)行改進(jìn)。將障礙物產(chǎn)生的排斥力組成的等勢面改成橢圓形，不僅縮短了運(yùn)動路徑更提高蛇形機(jī)器人的運(yùn)動穩(wěn)定性。分析外力對蛇形機(jī)器人的運(yùn)動方向及運(yùn)動穩(wěn)定性的影響，建立了避障過程中的力學(xué)理論。最后，通過3D動力學(xué)模型模擬真實(shí)機(jī)器人在障礙物環(huán)境中的避障運(yùn)動，驗(yàn)證了避障方法的可行性。
　　本文的研究對蛇形機(jī)器人在障礙物環(huán)境中的路徑規(guī)劃具有推