蛇形機器人在障礙物環(huán)境中的運動研究.pdf

1、蛇形機器人要走向實際應用，必須著力解決的首要問題是如何在復雜環(huán)境中運動以及實現適應環(huán)境的避障基礎理論問題。本文致力于研究蛇形機器人在復雜環(huán)境中的避障運動。
　　目前蛇形機器人普遍采用模塊化結構，以便于設計安裝和節(jié)約成本。蜿蜒運動是蛇形機器人通過各個模塊間規(guī)律性的振蕩推動整個蛇體運動的一種運動步態(tài)，是蛇形機器人運動效率較高的一種運動方式。這種運動方式不同于普通的行走機器人，維護模塊之間的規(guī)律性振蕩產生蜿蜒運動使運動控制變得復雜，更增

2、加了復雜環(huán)境中路徑規(guī)劃的難度。本文在蜿蜒運動理論基礎上，基于幾何法、人工勢能法和改進后的人工勢能法對蛇形機器人在障礙物環(huán)境下的運動進行規(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器人運動路徑的影響，得到更有利于運動穩(wěn)定性的規(guī)劃方法，為人工勢能法奠定基礎。應用人工勢能法中將障礙物賦予高勢能產生排斥力，將目標賦予低勢能產生吸引力，使蛇形機器人在排斥力與吸引力的作用下避開障礙物到達目標。在人工勢能法中，蛇形機器人在縱向方向偏移障

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