基于乐理的蛇形机器人控制方法研究

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1、第uz卷第t期机器人×∂²¯quzo²qtussx年t月¤±qoussx文章编号}tssu2swwykussxlst2sstw2sy基于乐理的蛇形机器人控制方法研究Ξttouov李斌o卢振利ktq中国科学院沈阳自动化所机器人学重点实验室o辽宁沈阳ttssty~uq沈阳理工大学o辽宁沈阳ttsty{~vq中国科学院研究生院o北京tsssv

2、l摘要}根据生物蛇和蛇形机器人的结构及运动特点o提出了基于乐理的蛇形机器人控制方法o定义了乐理的符号!规则与蛇形机器人控制过程的对应关系o编写了蜿蜒运动步态谱q/勘

3、查者)0蛇形机器人上实现了蜿蜒运动的控制q给出了今后的研究方向q关键词}蛇形机器人~乐理~蜿蜒运动~步态谱中图分类号}×°uw文献标识码}ΧοντρολΜετηοδοφαΣνακε2λικεΡοβοτΒασεδονΜυσιχΤηεορψttouov¬±o«¨±2¯¬(t.ΡοβοτιχσΛαβορατορψ,ΣηενψανγΙνστιτυτεοφΑυτοματιον,Σηενψανγttssty,Χηινα;u.ΣηενψανγΙνστιτυτεοφΤεχηνολογψ,Σηενψανγttsty{

4、,Χηινα;v.ΓραδυατεΣχηοολοφτηεΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσ,Βειϕινγtsssv

5、,Χηινα)Αβστραχτ:¤¶¨§²±·«¨¶·µ∏¦·∏µ¨¤±§µ«¼·«°¬¦°²√¨°¨±·²©¥²·«¥¬²¯²ª¬¦¤¯¶±¤®¨¤±§¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·o°∏¶¬¦·«¨²µ¼¬¶¤§²³·¨§¤¶¤¦²±·µ²¯°¨·«²§·²¶·∏§¼²±¤¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·q±§·«¨µ¨¯¤·¬²±¶«¬³¤°²±ª·«¨µ∏¯¨¶¤

6、±§¶¼°¥²¯¶²©°∏¶¬¦¤¯·«¨²µ¼¤¶º¨¯¯¤¶·«¨¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·¦²±·µ²¯³µ²¦¨¶¶¬¶·«¨±§¨©¬±¨§q׫∏¶·«¨¶¨µ³¨±·¬±¨°²√¨°¨±·¬¶°¨¯²§¬½¨§q׫¨¶¨µ³¨±·¬±¨°∏¶¬¦¬¶∏·¬¯¬½¨§·²¦²±·µ²¯/°¨µ¤°¥∏¯¤·²µ2´0¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥²·qƒ¬±¤¯¯¼·«¨¤¶³¨¦·¶²©©∏·∏µ¨µ¨¶¨¤µ¦«¤µ¨§¬¶¦∏¶¶¨§qΚεψωορδσ:¶±¤®¨2¯¬®¨µ²¥

7、²·~°∏¶¬¦¤¯·«¨²µ¼~¶¨µ³¨±·¬±¨°²√¨°¨±·~ª¤¬·°∏¶¬¦1引言(Ιντροδυχτιον)≈t 自然界中o蛇的典型运动方式表明其身体各个部分有相似的运动轨迹o或是可以由一个循环运动周期表示q这说明o蛇的运动有规律性和节奏性o仿佛是按照事先编写好的乐谱在进行表演q自古印≈u 度人就用笛子等乐器演奏音乐进行0舞蛇0表演o这恰好说明了蛇可以随着音乐旋律做运动~反过来o也启示我们可以把蛇的运动编写成相应的乐谱来描述q≈vow ¬µ²¶¨提出了曲率变化连续的≥¨µ³¨±²¬§

8、曲线≈x 作为蛇形机器人运动的形状曲线~¤在此基础上图t蛇随音乐起舞≈y 提出了≥¨µ³¨±·¬±¨蛇形曲线~∏µ§¬¦®用分段函数的ƒ¬ªqt≥±¤®¨§¤±¦¨¶·²·«¨°∏¶¬¦方法拟合蛇在沙漠中侧向滑动的轨迹~其他学者也≈z∗tt 各种美妙动听的音乐旋律o都可以通过国际通进行了有关蛇形机器人运动控制方法的研究q以上控制算法都是有周期性变化规律的o这说明对用的乐谱来记录o说明乐理的符号和规则是很完善蛇形机器人进行基于乐理的控制在理论上是可行的q各种乐曲得以保留至今和广泛交流o说明乐谱这的q种

9、符号化的语言能充分表达各种复杂旋律q若能利Ξ基金项目}国家{yv计划资助项目kusstwuuvyslq收稿日期}usswpszptu第uz卷第t期李斌等}基于乐理的蛇形机器人控制方法研究tx用乐理已有的符号规则研究蛇形机器人的控制方2q2蜿蜒运动控制算法法o不仅可以形象地表示蛇形机器人基本步态的控/勘查者)0利用多个长度相等的连杆模型拟合制过程o而且为分布式控制方法的研究打下了基础q≈tv ≥¨µ³¨±²¬§曲线实现蜿蜒运动o执行单元处电机相对转角Ηι的计算表达式为:2/勘查者)Ι0控制系统结构及蜿

10、蜒运动控ΚνΠuΚνΠ制算法(Χοντρολσψστεμστρυχτυρεοφ/Περ2Ηι=−uΑ¶¬±¶¬±(σνΛαμβυλατορ2´0ανδχοντρολμετηοδοφσερπεν2uΚνΠΚνΠ+ι−)+Κtλ(t)τινεμοϖεμεντ)νν其中,Α为运动波的初始弯角,由环境所决定,Α的大/勘查者)0是中国科学院沈阳自动化所机器人学重点实验室研制开发的蛇形机器人小决定了运动波的幅值;Κν为体内传播波的个数;νo它由蛇头k主为关节单元的个数,ν决定各关