基于Webots的蛇形机器人翻滚运动仿真及实现

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1、万方数据醛题研究*?堍l文章编号：1001．9944(2011)06—0004—04基于'Webots的蛇形机器人翻滚运动仿真及实现魏武，冯静，张占(华南理2-_大学自动化科学与工程学院。广州510640)摘要：针对蛇形机器人的侧向翻滚运动．给出一种建立正交关节蛇形机器人三维空间运动模型的方法。提出了一种更为简单的实现蛇形机器人侧向翻滚运动的舵机输入函数。通过选择不同的控制参数．可以实现蛇形机器人“u”字形和“v”字形侧向翻滚运动。在Webots移动机器人仿真软件上进行正交关节蛇形机器人翻滚运动仿真，并在蛇形机器人本体上进行试验，验证了所提控制规律的有效性。关键词：蛇形机器

2、人；正交关节；翻滚运动；WebotS机器人仿真软件；仿真中图分类号：TP242文献标志码：ASimulationandRealizationfortheLateralRollingLocomotionofSnake-likeRobotBasedonWebotsWEIWu，FENGJing，ZHANGZhan(SchoolofAutomationScienceandEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China)Abstract：ForthelateralroilingLocomotiono

3、fasnake-likerobotbasedontheorthogonaljoints，builtupathree--dimen-sionalkinematicmodelandpresentedasimplecontrollawforthesnake-likerobottoimplementthelateralroilingloco-motion．Byselectingdifferentcontrolparameters，twotypesoflateralrollinglocomotion，the⋯U’shapeandthe“V’’shape，wereimplemented

4、．UsetheWebotsprofessionalmobilerobotsimulationsoftwaretosimulatethelateralrolling10-comotionofthesnake-likerobotandappliedthecontrollawinthesnake-likerobotTheexperimentalresultsshowthattheeontrollawWasfeasible．Keywords：snake-likerobot；orthogonaljoints；lateralrollinglocomotion；Webotssimulat

5、ionsoftware；computersimulation蛇形机器人是在对生物蛇的运动进行研究后提出的一种仿生机器人。从1972年ShigeoHirose教授研制出世界上第一台蛇形机器人至今．国内外研究者已设计出多种蛇形机器人结构形式[1-3]．实现了蛇形机器人的多种运动模式。由于运动形式的多变性、良好的地面适应性以及运动的稳定性等特点．蛇形机器人在许多领域都具有广泛的应用前景⋯。蛇形机器人是一种多冗余度机器人．可以实现包括蜿蜒运动、行波运动、直线运动、攀爬运动、翻滚运动在内的多种运动形式．为了适应不同的环境．蛇形机器人必须能够在多种运动模式之间进行切换。除了生物蛇的运动

6、形式外，Togawa等[s]提出了螺旋和翻滚等运动方式：Kamegawa等[6】提出了环形、桥形、爬行、翻滚和依靠轮子5种运动方式；ChanglongYe等⋯提出幅值调整法、相位调整法和侧移调整法来处理蛇形机器人侧向滑动带来的方位偏转和完成蛇形机器人自主转弯控制；文献[8]提出了一种实现蛇形机器人翻滚运动的输入函数。收稿日期：2011-03—18：修订日期：201l—04_08基金项目：中央高校基本科研业务费基金项目(2009ZMl92)作者简介：魏武(1970-)，男，教授，硕士生导师，研究方向为机器人控制、模式识别与人工智能；冯静(1987一)，女，在读硕士研究生，研究

7、方向为蛇形机器人；张占(1985一)，男，在读硕士研究生，研究方向为模式识别、蛇形机器人运动控制等。■万方数据本文针对蛇形机器人的侧向翻滚运动提出了一种简单易实现的舵机控制函数．通过改变相应参数使机器人实现⋯U形及“r”形侧向翻滚运动．并通过实验仿真验证了其可行性。1蛇形机器人结构本文研究的蛇形机器人采用正交连接形式．每2个正交关节组成一个单元体每个单元体具有2个方向的自由度．整体形成一个高冗余度的结构体．使蛇体具有空间弯曲能力．因而具有三维运动能力。其正交关节结构如图1所示。围1正交关节结构Fig1Orthogo