專利名稱：：一種二維線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)易模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法。
背景技術(shù)：
：模塊化機(jī)器人，尤其是線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人因具有組裝方便，價(jià)格便宜常常用于機(jī)器人教學(xué)和科研。使用通用或者非通用的模塊研究人員可以組裝不同構(gòu)型的機(jī)器人，如機(jī)機(jī)器毛蟲(chóng)，并利用它們進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，仿生等等研究。如專利號(hào)為94247368.X、03257835.0等。但是目前已知的用于模塊化機(jī)器人構(gòu)建的模塊設(shè)計(jì)中存在如下問(wèn)題多使用集中式傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，控制算法復(fù)雜，計(jì)算量大，不便進(jìn)行具有仿生學(xué)研究。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人的控制算法復(fù)雜、計(jì)算量大、適應(yīng)性差的不足，本發(fā)明提供一種控制算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小、適應(yīng)性好的二維線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法，多個(gè)拼裝模塊相連，將一個(gè)拼裝模塊的左底板與相鄰拼裝模塊的右底板以90度旋轉(zhuǎn)連接，相互間隔的拼裝模塊布置方式相同，每個(gè)拼裝模塊繞舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)連接用以控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度的發(fā)生器，所述運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法包括1)、設(shè)定所有的模塊都在相同的周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)所有的模塊分成4，w油/,7'e{l,2...,"/2};所有的水平模塊和垂直模塊分別有相同的幅角4,4;所有的水平模塊和垂直模塊分別都有相同的偏移量所有相鄰的水平模塊相位差和所有相鄰的垂直模塊相位差分別都是AO^ACV;設(shè)定相鄰水平模塊和垂直模塊之間的相位差為AO,;2)、設(shè)置控制參數(shù)4,4,△,A①h,A①訊,,A,0H,r;3)、參數(shù)4.,AdV,A控制水平模塊，參數(shù)^,Ac^,A控制垂直模塊，參數(shù)AOV控制兩組模塊之間的關(guān)系，控制兩組模塊的數(shù)學(xué)模型如公式(1)和公式(2):f,+(卜1)A"+CV/e(l，2,…，"/2)(1)=4/sin」W-1)AcI)h+A+<9hZe{l，2,".,"/2}(2)、TJ上式(1)、(2)中，Pv表示第i個(gè)水平模塊在時(shí)間t所要轉(zhuǎn)到的角度，Ph表示第i個(gè)垂直模塊在時(shí)間t所要轉(zhuǎn)到的角度，其中n為拼裝模塊的總數(shù)。作為優(yōu)選的一種方案所述拼裝模塊包括左底板、右底板以及舵機(jī)，所述舵機(jī)一側(cè)的轉(zhuǎn)軸上帶有舵機(jī)旋轉(zhuǎn)盤，所述的拼裝模塊還包括舵機(jī)支撐耳片、舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片、機(jī)構(gòu)外支撐耳片以及機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片；所述舵機(jī)支撐耳片、機(jī)構(gòu)外支撐耳片分別與右底板固定連接，舵機(jī)支撐耳片與舵機(jī)一側(cè)固定連接，機(jī)構(gòu)外支撐耳片直接與右底板固定連接；所述的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片、機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片分別與左底板固定連接，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片套接在舵機(jī)一側(cè)的轉(zhuǎn)軸上，機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片頂部突起轉(zhuǎn)軸與機(jī)構(gòu)外支撐耳片上的配合孔套接；在空間上，所述的舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸與左底板、右底板平行，所述舵機(jī)支撐耳片、機(jī)構(gòu)外支撐耳片與右底板垂直，所述的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片、機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片與左底板垂直，所述的左底板、右底板上設(shè)有與另外的拼裝模塊配合的安裝孔。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為機(jī)器人采用若干相同基本模塊GZ-I和少量連接附件組成。參照?qǐng)D1和圖2，該基本模塊GZ-I由2件底板(左底板，右底板)，1片舵機(jī)支撐耳片，1片舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片，1片機(jī)構(gòu)外支撐耳片，1片機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片，1個(gè)舵機(jī)和若干連接螺釘組成。所有零件均使用鋁合金機(jī)械加工制成，并陽(yáng)極化處理。模塊可實(shí)現(xiàn)一個(gè)范圍在士90度之間的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。模塊具有4個(gè)連接面用于與其它模塊連接，分別為2個(gè)底板，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出盤和機(jī)構(gòu)外支撐耳片。參見(jiàn)圖3，舵機(jī)通過(guò)四組螺釘與舵機(jī)支撐耳片連接，該舵機(jī)支撐耳片和機(jī)構(gòu)外支撐耳片與右底板通過(guò)4個(gè)螺釘連接，從而形成模塊右單元；舵機(jī)旋轉(zhuǎn)盤與舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片通過(guò)與舵機(jī)旋轉(zhuǎn)盤安裝連接孔適合的小螺釘相連，該耳片和機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片與左底板通過(guò)4個(gè)螺釘相連，從而形成模塊左單元；將左單元沿模塊安裝軸線壓入右單元的連接配合，從而快速完成模塊組裝。GZ-I模塊可以180度的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，設(shè)定它在-90-90度自由的轉(zhuǎn)動(dòng)。并且對(duì)模塊的控制還具有定時(shí)的功能，因?yàn)閷?duì)模塊化機(jī)器人控制的過(guò)程當(dāng)中，模塊之間的轉(zhuǎn)動(dòng)有先后順序。當(dāng)然在模塊化機(jī)器人連續(xù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，每個(gè)模塊存在周期性的運(yùn)動(dòng)?；谏厦鎸?duì)模塊控制的考慮，提出了CenterPatternGenerator(CPG)的控制算法，它是模仿生物學(xué)當(dāng)中動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)控制模型，中樞模式發(fā)生器，就是脊柱內(nèi)可以產(chǎn)生節(jié)奏信號(hào)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本文在數(shù)學(xué)上采用正弦函數(shù)發(fā)生器來(lái)模擬中樞模式發(fā)生器，而一個(gè)正弦函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)控制一個(gè)模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，那么一組正弦函數(shù)發(fā)生器則可以控制一個(gè)模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)正弦函數(shù)發(fā)生器可以用公式(3)來(lái)表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>在公式(3)中Ai是每個(gè)發(fā)生器的振幅，也表示模塊可以轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角度值；Ti是發(fā)生器的周期，也表示每個(gè)模塊旋轉(zhuǎn)一周所要的時(shí)間；①i表示每個(gè)發(fā)生器的初始相位，同時(shí)也表示模塊轉(zhuǎn)動(dòng)的起始角度；兩個(gè)O之間的相位差可以表示兩個(gè)發(fā)生器的先后順序，Oi是發(fā)生器偏離初始狀態(tài)的角度，也表示模塊旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的角度值；Pi表示模塊在時(shí)間t所要轉(zhuǎn)到的角度。這些參數(shù)具體所表示的含義也可見(jiàn)表1和圖6:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>上面具體描述了控制每個(gè)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)的正弦函數(shù)發(fā)生器，它可以很好的控制一個(gè)的模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，而控制一個(gè)模塊化機(jī)器人，則需要一組參數(shù)控制機(jī)器人的每個(gè)動(dòng)作，同時(shí)也需要考慮模塊化機(jī)器人具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)，函數(shù)發(fā)生器之間參數(shù)的優(yōu)化不一樣。Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人(見(jiàn)圖7)是由多個(gè)模塊以Pitch-Yaw的連接方式構(gòu)建而成，它是相鄰模塊以旋轉(zhuǎn)90度連接，水平模塊繞Pitch軸旋轉(zhuǎn)，垂直模塊繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)。Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人主要由八個(gè)模塊線性連接而成，其中四個(gè)模塊都是同方向的，繞Pitch軸旋轉(zhuǎn)，可以在垂直平面上運(yùn)動(dòng)，另四個(gè)模塊繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)，可以在水平方向上運(yùn)動(dòng)，所以整個(gè)Pitch-Yaw線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人具有空間上的運(yùn)動(dòng)能力。相鄰的模塊以旋轉(zhuǎn)90度連接，其中四個(gè)模塊繞Pitch軸旋轉(zhuǎn)，也稱之為垂直模塊，另四個(gè)模塊繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)，也稱之為水平模塊。每個(gè)模塊都做正弦運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期為r，其中水平模塊的振幅為^，偏移量為A，相鄰水平模塊之間的相位差為。垂直模塊的振幅為4，偏移量為CV，相鄰水平模塊之間的相位差為Adv，以及相鄰水平模塊和垂直模塊之間的相位差為Aav。每個(gè)模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)也是由正弦函數(shù)發(fā)生器來(lái)控制，其中Pi是每個(gè)正弦函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)的相位角，控制模塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，而每個(gè)控制函數(shù)有四個(gè)參數(shù)幅角^，周期r，相位角①和偏移角0;如果這個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人由八個(gè)模塊構(gòu)成，那么總共就有32個(gè)參數(shù)，這顯然有點(diǎn)多，在控制上也有點(diǎn)復(fù)雜。所以針對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人進(jìn)行了參數(shù)簡(jiǎn)化，結(jié)合Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人具有一定的統(tǒng)一性，如四個(gè)模塊的連接是一樣的，另外四個(gè)模塊的連接又是一樣的，我們有了如下的假設(shè)-*所有的模塊都在相同的周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)7>r;*所有的模塊分成兩組水平模塊和垂直模塊，禍/，y'e{l,2"-,"/2};*所有的水平模塊和垂直模塊分別有相同的幅角4,4;*所有的水平模塊和垂直模塊分別都有相同的偏移量^,A;*所有相鄰的水平模塊相位差和所有相鄰的垂直模塊相位差分別都是AOfl,AOF;*設(shè)定相鄰水平模塊和垂直模塊之間的相位差為Ad)^;上面所有的假設(shè)表明模塊分成兩組，一組控制水平模塊，另一組控制垂直旋轉(zhuǎn)的模塊。因此，在上述約定之下，只用八個(gè)參數(shù)就可以來(lái)控制Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，它們是4,4,AdV,A(IVMV,0K，(^,r，其中參數(shù)4,MV,^控制沿Pitch軸旋轉(zhuǎn)的的模塊，從這個(gè)角度來(lái)看，它的控制原理和運(yùn)動(dòng)原理與Pitch型線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人是一樣的；參數(shù)^,A,化則是控制沿Yaw軸旋轉(zhuǎn)的模塊，參數(shù)AcD^控制兩組模塊之間的關(guān)系。那么簡(jiǎn)化后控制兩組模塊的數(shù)學(xué)模型如公式(1)和公式(2):2;r&=4sin,+(/_l)Mv+CV/e{l,2,-.-,w/2}尸/f=4sin2;r丁"(/-l)A+AOV+Az'e{l,2,"',"/2}(1)(2)在垂直方向上的模塊，也就是沿Pitch軸旋轉(zhuǎn)的模塊，在另外一組模塊不工作的情況下，會(huì)生成一個(gè)形狀波形；同樣在水平方向上的模塊，也就是沿Yaw軸旋轉(zhuǎn)的模塊，在另外一組模塊不工作的情況下，9也會(huì)生成一個(gè)形狀波形。所以Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人它的運(yùn)動(dòng)波形是垂直方向的形狀波形和水平方向的形狀波形相交融和的結(jié)果，生成不同的形狀波形就會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，接下來(lái)具體分析它所具有的運(yùn)動(dòng)步態(tài)以及控制它運(yùn)動(dòng)的參數(shù)。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在控制算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小、適應(yīng)性好。圖1是本發(fā)明的拼裝機(jī)器人的拼裝模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖1的反面示意圖。圖3是拼裝模塊在裝配前的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是拼裝模塊安裝配合軸線示意圖。圖5是拼裝模塊安裝配合完成后的示意圖。圖6是正弦函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)所表達(dá)的內(nèi)容示意圖。圖7是Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人的示意圖。圖8是兩個(gè)拼裝模塊組成的P-Y-P型線性結(jié)構(gòu)模塊化機(jī)器人的示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1參照?qǐng)D1圖5，一種線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法，多個(gè)拼裝模塊相連，將一個(gè)拼裝模塊的左底板與相鄰拼裝模塊的右底板以90度旋轉(zhuǎn)連接，相互間隔的拼裝模塊布置方式相同，每個(gè)拼裝模塊繞舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)連接用以控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度的發(fā)生器，所述運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法包括101)、設(shè)定所有的模塊都在相同的周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)所有的模塊分成兩組水平模塊和垂直模塊，K,//,/Je{l,2,"/2};所有的水平模塊和垂直模塊分別有相同的幅角^，4;所有的水平模塊和垂直模塊分別都有相同的偏移量A，A;所有相鄰的水平模塊相位差和所有相鄰的垂直模塊相位差分別都是A(^,AclV;設(shè)定相鄰水平模塊和垂直模塊之間的相位差為AOw;2)、設(shè)置控制參數(shù)A^/^A^'AO/^AO/^OpO^r;3)、參數(shù)4,MV,^控制水平模塊，參數(shù)4,A0VA控制垂直模塊，參數(shù)AcIV控制兩組模塊之間的關(guān)系，控制兩組模塊的數(shù)學(xué)模型如公式(1)和公式(2):、、^+(/-l)AOV+0,,/e{l，2，."，"/2}(1)J7J尸h,=4/sin'2,、—f+(/-l)M)H+A<IV+。hz'e{l,2,-..,"/2}(2)、Tj上式(1)、(2)中，Pv表示第i個(gè)水平模塊在時(shí)間t所要轉(zhuǎn)到的角度，Ph表示第i個(gè)垂直模塊在時(shí)間t所要轉(zhuǎn)到的角度，其中n為拼裝模塊的總數(shù)。模塊化機(jī)器人包括多塊拼裝模塊，即GZ-I模塊、用于控制舵機(jī)動(dòng)作的算法中樞模式發(fā)生器、控制卡，拼裝模塊(見(jiàn)圖1，2)包括左底板1、右底板4以及舵機(jī)6，所述舵機(jī)6—側(cè)的轉(zhuǎn)軸上帶有舵機(jī)旋轉(zhuǎn)盤7，所述的拼裝模塊還包括舵機(jī)支撐耳片5、舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片8、機(jī)構(gòu)外支撐耳片3以及機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片2;所述舵機(jī)支撐耳片5、機(jī)構(gòu)外支撐耳片3分別與右底板4固定連接，舵機(jī)支撐耳片5與舵機(jī)6—側(cè)固定連接，機(jī)構(gòu)外支撐耳片3直接與右底板4固定連接；所述的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片8、機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片2分別與左底板1固定連接，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片8套接在舵機(jī)6—側(cè)的轉(zhuǎn)軸上，機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片2頂部突起轉(zhuǎn)軸與機(jī)構(gòu)外支撐耳片3上的配合孔套接；在空間上，所述的舵機(jī)6的轉(zhuǎn)軸與左底板1、右底板4平行，所述舵機(jī)支撐耳片5、機(jī)構(gòu)外支撐耳片3與右底板4垂直，所述的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片8、機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片2與左底板1垂直。所述的左底板1、右底板4上設(shè)有與另外的拼裝模塊配合的安裝孔，所述的中樞模式發(fā)生器通過(guò)控制卡與各個(gè)拼裝模塊的舵機(jī)連接。所述的左底板、右底板上設(shè)有與另外的拼裝模塊配合的安裝孔。所述的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出盤和機(jī)構(gòu)外支撐耳片上設(shè)有與另外的拼裝模塊配合的安裝孔。其中一個(gè)GZ-I模塊的左底板與相鄰模塊的右底板連接。Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人是由多個(gè)模塊以Pitch-Yaw的連接方式構(gòu)建而成，它是相鄰模塊以旋轉(zhuǎn)90度連接，一個(gè)模塊繞Pitch軸旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)模塊繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)。在本章介紹的Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人主要由八個(gè)模塊線性連接而成，其中四個(gè)模塊都是同方向的，繞Pitch軸旋轉(zhuǎn)，可以在垂直平面上運(yùn)動(dòng)，另四個(gè)模塊繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)，可以在水平方向上運(yùn)動(dòng)，所以整個(gè)Pitch-Yaw線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人具有空間上的運(yùn)動(dòng)能力。相鄰的模塊以旋轉(zhuǎn)90度連接，其中四個(gè)模塊繞Pitch軸旋轉(zhuǎn)，也稱之為垂直模塊，另四個(gè)模塊繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)，也稱之為水平模塊。每個(gè)模塊都做正弦運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期為r，其中水平模塊的振幅為4，偏移量為A，相鄰水平模塊之間的相位差為AOH。垂直模塊的振幅為4，偏移量為CV，相鄰水平模塊之間的相位差為Adv，以及相鄰水平模塊和垂直模塊之間的相位差為AdV。該結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，它的每個(gè)模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)也是由正弦函數(shù)發(fā)生器來(lái)控制，其中Pi是每個(gè)正弦函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)的相位角，控制模塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，而每個(gè)控制函數(shù)有四個(gè)參數(shù)幅角^，周期r，相位角①和偏移角O;如果這個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人由八個(gè)模塊構(gòu)成，那么總共就有32個(gè)參數(shù)，這顯然有點(diǎn)多，在控制上也有點(diǎn)復(fù)雜。所以針對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人進(jìn)行了參數(shù)簡(jiǎn)化，結(jié)合Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人具有一定的統(tǒng)一性，如四個(gè)模塊的連接是一樣的，另外四個(gè)模塊的連接又是一樣的，我們有了如下的假設(shè)*所有的模塊都在相同的周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)z;=r;*所有的模塊分成兩組水平模塊和垂直模塊，*所有的水平模塊和垂直模塊分別有相同的幅角4,4;*所有的水平模塊和垂直模塊分別都有相同的偏移量Oh,Of;*所有相鄰的水平模塊相位差和所有相鄰的垂直模塊相位差分別都是A，MV;*設(shè)定相鄰水平模塊和垂直模塊之間的相位差為AOffK;上面所有的假設(shè)表明模塊分成兩組，一組控制水平模塊，另一組控制垂直旋轉(zhuǎn)的模塊。因此，在上述約定之下，只用八個(gè)參數(shù)就可以來(lái)控制Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，它們是4,4,AOv,AOH,AclV，CV,0H，r，其中參數(shù)4,MVA控制沿Pitch軸旋轉(zhuǎn)的的模塊，從這個(gè)角度來(lái)看，它的控制原理和運(yùn)動(dòng)原理與Pitch型線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人是一樣的；參數(shù)厶,,化則是控制沿Yaw軸旋轉(zhuǎn)的模塊，參數(shù)Adv控制兩組模塊13之間的關(guān)系。那么簡(jiǎn)化后控制兩組模塊的數(shù)學(xué)模型如公式(1)和公式(2):=々sinl)ACV+0K/e(l,2,…，"/2)(1)尸巧=4/sin2;r、—1)M^+AOV/e(l,2,…，"/2)(2)、^」在垂直方向上的模塊，也就是沿Pitch軸旋轉(zhuǎn)的模塊，在另外一組模塊不工作的情況下，會(huì)生成一個(gè)形狀波形；同樣在水平方向上的模塊，也就是沿Yaw軸旋轉(zhuǎn)的模塊，在另外一組模塊不工作的情況下，也會(huì)生成一個(gè)形狀波形。所以Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)的機(jī)器人它的運(yùn)動(dòng)波形是垂直方向的形狀波形和水平方向的形狀波形相交融和的結(jié)果，生成不同的形狀波形就會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，接下來(lái)具體分析它所具有的運(yùn)動(dòng)步態(tài)以及控制它運(yùn)動(dòng)的參數(shù)。根據(jù)Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和上面所描述的控制算法原理，該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)如下五種運(yùn)動(dòng)步態(tài)*一維正弦爬行像正弦波前后傳播；*轉(zhuǎn)彎爬行的時(shí)候可以向左或向右轉(zhuǎn)彎；參側(cè)移機(jī)器人側(cè)向的移動(dòng)；*旋轉(zhuǎn)以機(jī)器人的中間部分為中心順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；*翻滾以機(jī)器人的整個(gè)線性為軸向內(nèi)外翻滾；其中參數(shù)HAdV,A(Dw,MV，Q,，(^控制每個(gè)步態(tài)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于下面這幾個(gè)運(yùn)動(dòng)步態(tài)，設(shè)定周期T為20個(gè)時(shí)間單元。一維正弦爬行控制過(guò)程這個(gè)步態(tài)跟Pitch型線性結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是一樣的，它是模仿爬行動(dòng)物蠕動(dòng)爬行，它可以向前或向后爬行，其中水平方向的模塊不轉(zhuǎn)動(dòng)。所以具體的控制參數(shù)如下水平模塊的位置保持初始狀態(tài)并且一直保持不變(4=0,^=0)。垂直模塊的振幅值大于零(4*0)，一般取45度到60度為佳，而偏移量等于零(=0)。而垂直模塊之間的相位差A(yù)dVe{80,160}，目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果是AO=120是對(duì)一維運(yùn)動(dòng)比較合適的角度。其中實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的一組參數(shù)如下4=45,=0,<9F=0,=0,AOK=120,A①w=0,A(D抓=0。轉(zhuǎn)彎控制過(guò)程轉(zhuǎn)彎這個(gè)動(dòng)作沿著一個(gè)角度，可以向左或向右運(yùn)動(dòng)，所以這個(gè)動(dòng)作是在一維正弦爬行這個(gè)動(dòng)作的基礎(chǔ)上，只要給水平方向的模塊賦予一個(gè)初始偏移量(&*0)，根據(jù)轉(zhuǎn)彎幅度的大小具體給4賦值，并且一直保持不變。根據(jù)偏移量的正負(fù)可以決定機(jī)器人是向右轉(zhuǎn)還是向左轉(zhuǎn)。其中實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的一組參數(shù)如下4=45,4=0,<9F=0,(9"0,AO,,=120,AO"=0,A①抓=0°側(cè)移控制過(guò)程如圖IO所示，側(cè)移這個(gè)運(yùn)動(dòng)步態(tài)是機(jī)器人沿著垂直主軸的方向側(cè)身移動(dòng)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)步態(tài)主要依靠在兩個(gè)垂直方向上兩個(gè)相同的形狀波形來(lái)控制(4^4^0,mv-ao^^o,cv-Oh:o)，并且這兩個(gè)形狀波形之間沒(méi)有相位差(AdV=0)。這兩個(gè)波形的疊加生成了立體正弦波，這個(gè)波形可以使機(jī)器人的身體向一側(cè)方向移動(dòng)，其中每個(gè)波形單獨(dú)出來(lái)是就是做一維的正弦爬行運(yùn)動(dòng)，所以每個(gè)波形的相位差mv可以設(shè)定為100到120之間。其中實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的一組參數(shù)如下^#0,4-O,CV=0,"=0,AdV=120，AcDh=120,Aa^=0。旋轉(zhuǎn)控制過(guò)程這里的旋轉(zhuǎn)可以理解為原地轉(zhuǎn)彎，或者從效果上來(lái)看可以理解為圓周的旋轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖11)。旋轉(zhuǎn)也可以被認(rèn)為機(jī)器人的側(cè)移運(yùn)動(dòng)，不過(guò)兩部分的側(cè)移方向不同，就形成了旋轉(zhuǎn)，所以水平模塊的形狀波形與垂直模塊的形狀波形不一樣，水平模塊的形狀波形大，波形數(shù)少，而垂直模塊的形狀波形數(shù)小而波形數(shù)多，基本上存在兩倍的關(guān)系，所以垂直模塊之間的相位差A(yù)dv是水平模塊之間相位差A(yù)OV存在兩倍關(guān)系，可以設(shè)置水平模塊的相位差為60度，而垂直模塊的相位差為120度，水平和垂直模塊之間沒(méi)有相位差A(yù)dv-O。實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的其中一組參數(shù)如下4#0,4"A=0,%=0,Mv=120，AcDw=60，MV=0。翻滾控制過(guò)程翻身動(dòng)作是蠕動(dòng)動(dòng)物，無(wú)足動(dòng)物經(jīng)常出現(xiàn)的動(dòng)作。它是沿著身體的主軸翻轉(zhuǎn)，可以看示意圖12，圖中可以清楚的看出，水平模塊的運(yùn)動(dòng)情況是一樣的就是它們的相位差為零(AdV=0)，垂直模塊的運(yùn)動(dòng)情況也是一樣的(AdV=0)，而水平模塊的運(yùn)動(dòng)情況與垂直模塊運(yùn)動(dòng)的情況剛好相差90度(A(Dw=90)。所以相同的正弦信號(hào)控制水平模塊，相位延遲90度的正弦信號(hào)控制垂直模塊，為了使機(jī)器人可以順利的翻轉(zhuǎn)，垂直和水平模塊的振幅值一般都要大于60度。實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)步態(tài)的參數(shù)如下4>60,4>60，0F=0,=0,AOV=0,AO^=0,A①那=90。實(shí)施例2參照?qǐng)D8，在pitch-yaw連接方式的結(jié)構(gòu)中，最小的結(jié)構(gòu)就是由三個(gè)模塊構(gòu)成，就是中間模塊繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)，而旁邊的兩個(gè)模塊則是繞pitch軸旋轉(zhuǎn)。這個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人在控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的參數(shù)上有一點(diǎn)的變化，一維繞Yaw軸旋轉(zhuǎn)的模塊只有一個(gè)，所以沒(méi)有控制參數(shù)ACV，而用控制中間模塊轉(zhuǎn)動(dòng)的初始相位角Ow代替。所以控制P-Y-P結(jié)構(gòu)的參數(shù)為4,4，A^V,^,AOV,CV,A。這個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人它也具有三維的運(yùn)動(dòng)空間，在垂直方向和水平方向運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，所以它也可以實(shí)現(xiàn)前后爬行、轉(zhuǎn)彎、側(cè)移、旋轉(zhuǎn)、翻滾等五個(gè)步態(tài)，只是側(cè)移這個(gè)步態(tài)在控制上與Pitch-Yaw型有一定的區(qū)別。型三模塊結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，它的前后爬行運(yùn)動(dòng)與P-P型結(jié)構(gòu)的前后爬行運(yùn)動(dòng)在原理上是一樣的，只是多了中間的一個(gè)模塊，并且保持初始狀態(tài)而不運(yùn)動(dòng)，不影響它前后運(yùn)動(dòng)的可能性，所以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論當(dāng)兩個(gè)模塊的相位差A(yù)(De{100,170}的時(shí)候，P-Y-P型三模塊結(jié)構(gòu)的機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)；當(dāng)AOe{190,250}的時(shí)候，機(jī)器人就向后運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)彎控制過(guò)程轉(zhuǎn)彎這個(gè)運(yùn)動(dòng)，就是在前后爬行的基礎(chǔ)上，中間模塊有個(gè)初始角度(Off*0)，但是這個(gè)角度不宜過(guò)大，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)彎這個(gè)運(yùn)動(dòng)當(dāng)中可能存在不平衡，一般小于30度。側(cè)移控制過(guò)程在P-Y-P結(jié)構(gòu)中的側(cè)移這個(gè)運(yùn)動(dòng)步態(tài)，它的控制方法不同于由多個(gè)模塊構(gòu)成的Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)機(jī)器人的側(cè)移，因?yàn)槔@Yaw軸旋轉(zhuǎn)的模塊只有一個(gè)，不能形成一個(gè)波形。而根據(jù)它的結(jié)構(gòu)可以得出新的控制方法:使繞pitch軸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)模塊的運(yùn)動(dòng)情況一致(AOv:0)，當(dāng)旁邊兩模塊轉(zhuǎn)到最大角度的時(shí)候，中間的模塊轉(zhuǎn)到零度，所以它們的相位差為90度Udv=90)。這個(gè)控制算法，與翻身運(yùn)動(dòng)的控制方法有點(diǎn)一樣，所以在每個(gè)模塊的振幅上不能過(guò)大，防止翻滾，一般控制在0到50度之間(4"0,50},4"0，50})。旋轉(zhuǎn)控制過(guò)程P-Y-P結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和Pitch-Yaw型線性結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在控制方法上是一樣的，垂直模塊之間的相位差A(yù)OV是水平模塊的初始相位d^的兩倍關(guān)系，可以設(shè)置水平模塊的相位為60度，而垂直模塊的相位差為120度，水平和垂直模塊之間沒(méi)有相位差A(yù)cDw=0。實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的其中一組參數(shù)如下4#0,Jh#0,CV=0,(9W-O,AOy^20,Aa^60，AO)抓=0。翻滾控制過(guò)程P-Y-P型結(jié)構(gòu)的翻滾運(yùn)動(dòng)在控制方法上與17Pitch-Yaw型結(jié)構(gòu)的機(jī)器人是一樣的。水平模塊的運(yùn)動(dòng)情況是一樣的就是它們的相位差為零(ACIV^)，而水平模塊的運(yùn)動(dòng)情況與垂直模塊運(yùn)動(dòng)的情況剛好相差90度(AOv=90,(1^=90)，為了使機(jī)器人可以順利的翻轉(zhuǎn)，垂直和水平模塊的振幅值一般都要大于60度。所以控制機(jī)器人翻滾的參數(shù)如下4,>60,>60,CV=0,Oh=0,ACV=0,①h=卯,A①抓=90。權(quán)利要求1、一種二維線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法，其特征在于多個(gè)拼裝模塊相連，將一個(gè)拼裝模塊的左底板與相鄰拼裝模塊的右底板以90度旋轉(zhuǎn)連接，相互間隔的拼裝模塊布置方式相同，每個(gè)拼裝模塊繞舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)連接用以控制舵機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度的發(fā)生器，所述運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法包括1)、設(shè)定所有的模塊都在相同的周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)Ti＝T；所有的模塊分成兩組水平模塊和垂直模塊，Vi，Hiwithi，j∈{1，2…，n/2}；所有的水平模塊和垂直模塊分別有相同的幅角AH，AV；所有的水平模塊和垂直模塊分別都有相同的偏移量OH，OV；所有相鄰的水平模塊相位差和所有相鄰的垂直模塊相位差分別都是ΔΦH，ΔΦV；設(shè)定相鄰水平模塊和垂直模塊之間的相位差為ΔΦHV；2)、設(shè)置控制參數(shù)AV，AH，ΔΦV，ΔΦH，ΔΦHV，OV，OH，T；3)、參數(shù)AV，ΔΦV，OV控制水平模塊，參數(shù)AH，ΔΦH，OH控制垂直模塊，參數(shù)ΔΦHV控制兩組模塊之間的關(guān)系，控制兩組模塊的數(shù)學(xué)模型如公式(1)和公式(2)上式(1)、(2)中，Pv表示第i個(gè)水平模塊在時(shí)間t所要轉(zhuǎn)到的角度，PH表示第i個(gè)垂直模塊在時(shí)間t所要轉(zhuǎn)到的角度，其中n為拼裝模塊的總數(shù)。2、如權(quán)利要求1所述的二維線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法，其特征在于所述拼裝模塊包括左底板、右底板以及舵機(jī)，所述舵機(jī)一側(cè)的轉(zhuǎn)軸上帶有舵機(jī)旋轉(zhuǎn)盤，所述的拼裝模塊還包括舵機(jī)支撐耳片、舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片、機(jī)構(gòu)外支撐耳片以及機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片；所述舵機(jī)支撐耳片、機(jī)構(gòu)外支撐耳片分別與右底板固定連接，舵機(jī)支撐耳片與舵機(jī)一側(cè)固定連接，機(jī)構(gòu)外支撐耳片直接與右底板固定連接;所述的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片、機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片分別與左底板固定連接，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片套接在舵機(jī)一側(cè)的轉(zhuǎn)軸上，機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片頂部突起轉(zhuǎn)軸與機(jī)構(gòu)外支撐耳片上的配合孔套接；在空間上，所述的舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸與左底板、右底板平行，所述舵機(jī)支撐耳片、機(jī)構(gòu)外支撐耳片與右底板垂直，所述的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出耳片、機(jī)構(gòu)內(nèi)支撐耳片與左底板垂直，所述的左底板、右底板上設(shè)有與另外的拼裝模塊配合的安裝孔。全文摘要一種二維線性結(jié)構(gòu)的模塊化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法，多個(gè)拼裝模塊相連，將一個(gè)拼裝模塊的左底板與相鄰拼裝模塊的右底板以90度旋轉(zhuǎn)連接，相互間隔的拼裝模塊布置方式相同，每個(gè)拼裝模塊繞舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)連接用以控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度的發(fā)生器，所述運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方法包括設(shè)置控制參數(shù)A_V，A_H，ΔΦ_V，ΔΦ_H，ΔΦ_HV，O_V，O_H，T；其中參數(shù)A_V，ΔΦ_V，O_V控制水平模塊，參數(shù)A_H，ΔΦ_H，O_H控制垂直模塊，參數(shù)ΔΦ_HV控制兩組模塊之間的關(guān)系，控制兩組模塊的數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明控制算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小、適應(yīng)性好。文檔編號(hào)G05B17/02GK101499223SQ20091009598公開(kāi)日2009年8月5日申請(qǐng)日期2009年2月26日優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日發(fā)明者張厚祥,方銀鋒,勇李,陳勝勇申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)