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专利号: 2017105166420
申请人: 西安科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-11-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种蛇形机器人位姿控制系统,所述蛇形机器人包括从前到后依次设置的第一单元模块(1)、第二单元模块(2)、第三单元模块(3)、第四单元模块(4)和第五单元模块(5),所述第一单元模块(1)包括第一连接板(44)以及分别设置在第一连接板(44)左右两侧的第一叶片轮(34)和第二叶片轮(35),所述第一连接板(44)上左侧设置有用于带动第一叶片轮(34)转动的第一电机(20),所述第一连接板(44)上右侧设置有用于带动第二叶片轮(35)转动的第二电机(21),所述第一连接板(44)上后侧设置有第一垂直方向舵机(6),所述第一叶片轮(34)与第一电机(20)的输出轴连接,所述第二叶片轮(35)与第二电机(21)的输出轴连接;

所述第二单元模块(2)包括第二连接板(45)以及分别设置在第二连接板(45)左右两侧的第三叶片轮(36)和第四叶片轮(37),所述第二连接板(45)上左侧设置有用于带动第三叶片轮(36)转动的第三电机(22),所述第二连接板(45)上右侧设置有用于带动第四叶片轮(37)转动的第四电机(23),所述第二连接板(45)上前侧设置有第一水平方向舵机(7),所述第二连接板(45)上后侧设置有第二垂直方向舵机(8),所述第三叶片轮(36)与第三电机(22)的输出轴连接,所述第四叶片轮(37)与第四电机(23)的输出轴连接;所述第三单元模块(3)包括第三连接板(46)以及分别设置在第三连接板(46)左右两侧的第五叶片轮(38)和第六叶片轮(39),所述第三连接板(46)上左侧设置有用于带动第五叶片轮(38)转动的第五电机(24),所述第三连接板(46)上右侧设置有用于带动第六叶片轮(39)转动的第六电机(25),所述第三连接板(46)上前侧设置有第二水平方向舵机(9),所述第三连接板(46)上后侧设置有第三垂直方向舵机(10),所述第五叶片轮(38)与第五电机(24)的输出轴连接,所述第六叶片轮(39)与第六电机(25)的输出轴连接;所述第四单元模块(4)包括第四连接板(47)以及分别设置在第四连接板(47)左右两侧的第七叶片轮(40)和第八叶片轮(41),所述第四连接板(47)上左侧设置有用于带动第七叶片轮(40)转动的第七电机(26),所述第四连接板(47)上右侧设置有用于带动第八叶片轮(41)转动的第八电机(27),所述第四连接板(47)上前侧设置有第三水平方向舵机(11),所述第四连接板(47)上后侧设置有第四垂直方向舵机(12),所述第七叶片轮(40)与第七电机(26)的输出轴连接,所述第八叶片轮(41)与第八电机(27)的输出轴连接;所述第五单元模块(5)包括第五连接板(48)以及分别设置在第五连接板(48)左右两侧的第九叶片轮(42)和第十叶片轮(43),所述第五连接板(48)上左侧设置有用于带动第九叶片轮(42)转动的第九电机(28),所述第五连接板(48)上右侧设置有用于带动第十叶片轮(43)转动的第十电机(29),所述第五连接板(48)上前侧设置有第四水平方向舵机(13),所述第九叶片轮(42)与第九电机(28)的输出轴连接,所述第十叶片轮(43)与第十电机(29)的输出轴连接;所述第一连接板(44)通过第一正交关节(49)与第二连接板(45)连接,所述第二连接板(45)通过第二正交关节(50)与第三连接板(46)连接,所述第三连接板(46)通过第三正交关节(51)与第四连接板(47)连接,所述第四连接板(47)通过第四正交关节(52)与第五连接板(48)连接,所述第二垂直方向舵机(8)和第二水平方向舵机(9)之间连接有第一速度舵机(15),所述第三垂直方向舵机(10)和第三水平方向舵机(11)之间连接有第二速度舵机(14);其特征在于:所述蛇形机器人避障行走控制系统包括主控制器(30)和电源模块(31),以及与主控制器(30)相接的USB-RS232转换模块(32)和通过通信模块(56)与主控制器(30)相接的上位计算机(60);所述主控制器(30)的输入端接有避障模块(33)和夜视摄像头(19),所述避障模块(33)的输入端接有障碍物检测单元,所述障碍物检测单元包括第一超声波传感器(16)、第二超声波传感器(17)和红外传感器(18);所述避障模块(33)、第一超声波传感器(16)、第二超声波传感器(17)和红外传感器(18),以及第一垂直方向舵机(6)、第二垂直方向舵机(8)、第三垂直方向舵机(10)、第四垂直方向舵机(12)、第一水平方向舵机(7)、第二水平方向舵机(9)、第三水平方向舵机(11)、第四水平方向舵机(13)、第一速度舵机(15)和第二速度舵机(14)的电源线均与电源模块(31)的输出端连接;

所述第一速度舵机(15)和第二速度舵机(14),第一垂直方向舵机(6)、第二垂直方向舵机(8)、第三垂直方向舵机(10)和第四垂直方向舵机(12),以及第一水平方向舵机(7)、第二水平方向舵机(9)、第三水平方向舵机(11)和第四水平方向舵机(13)的信号线均与USB-RS232转换模块(32)连接,所述第一电机(20)、第三电机(22)、第五电机(24)、第七电机(26)和第九电机(28)的电源线均与第二速度舵机(14)的电源线连接,第二电机(21)、第四电机(23)、第六电机(25)、第八电机(27)和第十电机(29)的电源线均与第一速度舵机(15)的电源线连接。

2.按照权利要求1所述的一种蛇形机器人位姿控制系统,其特征在于:所述主控制器(30)为Vensmile迷你PC机。

3.按照权利要求2所述的一种蛇形机器人位姿控制系统,其特征在于:所述USB-RS232转换模块(32)的型号为Robotis USB2Dynamixel,所述USB-RS232转换模块(32)与主控制器(30)的USB接口连接;所述通信模块(56)为无线路由器。

4.按照权利要求2所述的一种蛇形机器人位姿控制系统,其特征在于:所述避障模块(33)的型号为Arduino Uno R3,所述避障模块(33)与主控制器(30)的USB接口连接;所述夜视摄像头(19)为1080P广角红外夜视摄像头,所述夜视摄像头(19)与主控制器(30)的USB接口连接。

5.按照权利要求1所述的一种蛇形机器人位姿控制系统,其特征在于:所述电源模块(31)包括12.6V的Li-PO充电电池和4.5V的无汞碱性电池,所述避障模块(33)、第一超声波传感器(16)、第二超声波传感器(17)和红外传感器(18)的电源线均与4.5V的无汞碱性电池的输出端连接,所述第一垂直方向舵机(6)、第二垂直方向舵机(8)、第三垂直方向舵机(10)、第四垂直方向舵机(12)、第一水平方向舵机(7)、第二水平方向舵机(9)、第三水平方向舵机(11)、第四水平方向舵机(13)、第一速度舵机(15)和第二速度舵机(14)的电源线均与12.6V的Li-PO充电电池的输出端连接。

6.按照权利要求1所述的一种蛇形机器人位姿控制系统,其特征在于:所述第一正交关节(49)包括用于安装第一垂直方向舵机(6)的第一垂直方向舵机安装板(49-1)和用于安装第一水平方向舵机(7)的第一水平方向舵机安装板(49-2),所述第一垂直方向舵机安装板(49-1)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上倾斜凸起部分,所述第一垂直方向舵机安装板(49-1)的横梁部分设置有四个第一垂直方向舵机安装板连接孔(49-11),所述第一垂直方向舵机安装板(49-1)的左侧向上倾斜凸起部分设置有一个第一垂直方向舵机舵盘外露孔(49-12)和四个第一垂直方向舵机左侧安装孔(49-13),四个第一垂直方向舵机左侧安装孔(49-13)分布在一个第一垂直方向舵机舵盘外露孔(49-12)周围,所述第一垂直方向舵机安装板(49-1)的右侧向上倾斜凸起部分设置有一个第一垂直方向舵机右侧安装孔(49-14);所述第一水平方向舵机安装板(49-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上竖直凸起部分,所述第一水平方向舵机安装板(49-2)的横梁部分设置有四个与第一垂直方向舵机安装板连接孔(49-11)相配合的第一水平方向舵机安装板连接孔(49-21),所述第一水平方向舵机安装板(49-2)的左侧向上竖直凸起部分设置有一个第一水平方向舵机舵盘外露孔(49-22)和四个第一水平方向舵机左侧安装孔(49-23),四个第一水平方向舵机左侧安装孔(49-23)分布在一个第一水平方向舵机舵盘外露孔(49-22)周围,所述第一水平方向舵机安装板(49-2)的右侧向上竖直凸起部分设置有一个第一水平方向舵机右侧安装孔(49-24);所述第一垂直方向舵机安装板(49-1)的开口朝向第一连接板(44)设置,所述第一垂直方向舵机安装板(49-1)的左侧向上倾斜凸起部分位于所述蛇形机器人的左侧,所述第一水平方向舵机安装板(49-2)的开口朝向第二连接板(45)设置,所述第一水平方向舵机安装板(49-2)的左侧向上竖直凸起部分位于所述蛇形机器人的底部,所述第一垂直方向舵机安装板(49-1)的横梁部分和第一水平方向舵机安装板(49-2)的横梁部分通过穿过第一垂直方向舵机安装板连接孔(49-11)和第一水平方向舵机安装板连接孔(49-21)的螺丝固定连接;

所述第二正交关节(50)包括用于安装第二垂直方向舵机(8)的第二垂直方向舵机安装板(50-1)和用于安装第二水平方向舵机(9)的第二水平方向舵机安装板(50-2),所述第二垂直方向舵机安装板(50-1)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上倾斜凸起部分,所述第二垂直方向舵机安装板(50-1)的横梁部分设置有四个第二垂直方向舵机安装板连接孔(50-11),所述第二垂直方向舵机安装板(50-1)的左侧向上倾斜凸起部分设置有一个第二垂直方向舵机舵盘外露孔(50-12)和四个第二垂直方向舵机左侧安装孔(50-13),四个第二垂直方向舵机左侧安装孔(50-13)分布在一个第二垂直方向舵机舵盘外露孔(50-

12)周围,所述第二垂直方向舵机安装板(50-1)的右侧向上倾斜凸起部分设置有一个第二垂直方向舵机右侧安装孔(50-14);所述第二水平方向舵机安装板(50-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上竖直凸起部分,所述第二水平方向舵机安装板(50-2)的横梁部分设置有四个与第二垂直方向舵机安装板连接孔(50-11)相配合的第二水平方向舵机安装板连接孔(50-21),所述第二水平方向舵机安装板(50-2)的左侧向上竖直凸起部分设置有一个第二水平方向舵机舵盘外露孔(50-22)和四个第二水平方向舵机左侧安装孔(50-

23),四个第二水平方向舵机左侧安装孔(50-23)分布在一个第二水平方向舵机舵盘外露孔(50-22)周围,所述第二水平方向舵机安装板(50-2)的右侧向上竖直凸起部分设置有一个第二水平方向舵机右侧安装孔(50-24);所述第二垂直方向舵机安装板(50-1)的开口朝向第二连接板(45)设置,所述第二垂直方向舵机安装板(50-1)的左侧向上倾斜凸起部分位于所述蛇形机器人的左侧,所述第二水平方向舵机安装板(50-2)的开口朝向第三连接板(46)设置,所述第二水平方向舵机安装板(50-2)的左侧向上竖直凸起部分位于所述蛇形机器人的底部,所述第二垂直方向舵机安装板(50-1)的横梁部分和第二水平方向舵机安装板(50-

2)的横梁部分通过穿过第二垂直方向舵机安装板连接孔(50-11)和第二水平方向舵机安装板连接孔(50-21)的螺丝固定连接;

所述第三正交关节(51)包括用于安装第三垂直方向舵机(10)的第三垂直方向舵机安装板(51-1)和用于安装第三水平方向舵机(11)的第三水平方向舵机安装板(51-2),所述第三垂直方向舵机安装板(51-1)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上倾斜凸起部分,所述第三垂直方向舵机安装板(51-1)的横梁部分设置有四个第三垂直方向舵机安装板连接孔(51-11),所述第三垂直方向舵机安装板(51-1)的左侧向上倾斜凸起部分设置有一个第三垂直方向舵机舵盘外露孔(51-12)和四个第三垂直方向舵机左侧安装孔(51-13),四个第三垂直方向舵机左侧安装孔(51-13)分布在一个第三垂直方向舵机舵盘外露孔(51-

12)周围,所述第三垂直方向舵机安装板(51-1)的右侧向上倾斜凸起部分设置有一个第三垂直方向舵机右侧安装孔(51-14);所述第三水平方向舵机安装板(51-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上竖直凸起部分,所述第三水平方向舵机安装板(51-2)的横梁部分设置有四个与第三垂直方向舵机安装板连接孔(51-11)相配合的第三水平方向舵机安装板连接孔(51-21),所述第三水平方向舵机安装板(51-2)的左侧向上竖直凸起部分设置有一个第三水平方向舵机舵盘外露孔(51-22)和四个第三水平方向舵机左侧安装孔(51-

23),四个第三水平方向舵机左侧安装孔(51-23)分布在一个第三水平方向舵机舵盘外露孔(51-22)周围,所述第三水平方向舵机安装板(51-2)的右侧向上竖直凸起部分设置有一个第三水平方向舵机右侧安装孔(51-24);所述第三垂直方向舵机安装板(51-1)的开口朝向第三连接板(46)设置,所述第三垂直方向舵机安装板(51-1)的左侧向上倾斜凸起部分位于所述蛇形机器人的左侧,所述第三水平方向舵机安装板(51-2)的开口朝向第四连接板(47)设置,所述第三水平方向舵机安装板(51-2)的左侧向上竖直凸起部分位于所述蛇形机器人的底部,所述第三垂直方向舵机安装板(51-1)的横梁部分和第三水平方向舵机安装板(51-

2)的横梁部分通过穿过第三垂直方向舵机安装板连接孔(51-11)和第三水平方向舵机安装板连接孔(51-21)的螺丝固定连接;

所述第四正交关节(52)包括用于安装第四垂直方向舵机(12)的第四垂直方向舵机安装板(52-1)和用于安装第四水平方向舵机(13)的第四水平方向舵机安装板(52-2),所述第四垂直方向舵机安装板(52-1)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上倾斜凸起部分,所述第四垂直方向舵机安装板(52-1)的横梁部分设置有四个第四垂直方向舵机安装板连接孔(52-11),所述第四垂直方向舵机安装板(52-1)的左侧向上倾斜凸起部分设置有一个第四垂直方向舵机舵盘外露孔(52-12)和四个第四垂直方向舵机左侧安装孔(52-13),四个第四垂直方向舵机左侧安装孔(52-13)分布在一个第四垂直方向舵机舵盘外露孔(52-

12)周围,所述第四垂直方向舵机安装板(52-1)的右侧向上倾斜凸起部分设置有一个第四垂直方向舵机右侧安装孔(52-14);所述第四水平方向舵机安装板(52-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上竖直凸起部分,所述第四水平方向舵机安装板(52-2)的横梁部分设置有四个与第四垂直方向舵机安装板连接孔(52-11)相配合的第四水平方向舵机安装板连接孔(52-21),所述第四水平方向舵机安装板(52-2)的左侧向上竖直凸起部分设置有一个第四水平方向舵机舵盘外露孔(52-22)和四个第四水平方向舵机左侧安装孔(52-

23),四个第四水平方向舵机左侧安装孔(52-23)分布在一个第四水平方向舵机舵盘外露孔(52-22)周围,所述第四水平方向舵机安装板(52-2)的右侧向上竖直凸起部分设置有一个第四水平方向舵机右侧安装孔(52-24);所述第四垂直方向舵机安装板(52-1)的开口朝向第四连接板(47)设置,所述第四垂直方向舵机安装板(52-1)的左侧向上倾斜凸起部分位于所述蛇形机器人的左侧,所述第四水平方向舵机安装板(52-2)的开口朝向第五连接板(48)设置,所述第四水平方向舵机安装板(52-2)的左侧向上竖直凸起部分位于所述蛇形机器人的底部,所述第四垂直方向舵机安装板(52-1)的横梁部分和第四水平方向舵机安装板(52-

2)的横梁部分通过穿过第四垂直方向舵机安装板连接孔(52-11)和第四水平方向舵机安装板连接孔(52-21)的螺丝固定连接。

7.按照权利要求1所述的一种蛇形机器人位姿控制系统,其特征在于:所述第一连接板(44)包括八边形的第一连接底板(44-1)和连接在第一连接底板(44-1)后侧且用于连接第一垂直方向舵机(6)的第一舵机连接板(44-2),所述第一连接板(44)的左侧设置有两个用于连接第一电机(20)的第一电机连接孔(44-11),所述第一连接板(44)的右侧设置有两个用于连接第二电机(21)的第二电机连接孔(44-12),所述第一连接底板(44-1)的前端设置有用于连接夜视摄像头(19)的夜视摄像头连接板(44-14),所述夜视摄像头连接板(44-14)上设置有夜视摄像头连接孔(44-15),所述第一连接底板(44-1)的前侧设置有红外传感器连接孔(44-16)和两个分别位于红外传感器连接孔(44-16)左右两侧且分别用于连接第一超声波传感器(16)和第二超声波传感器(17)的超声波传感器连接孔(44-17),所述第一连接底板(44-1)的后侧设置有六个用于连接第一舵机连接板(44-2)的第一舵机连接板连接孔(44-13);所述第一舵机连接板(44-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上凸起部分,所述第一舵机连接板(44-2)的横梁部分设置有与第一舵机连接板连接孔(44-

13)相配合的第二舵机连接板连接孔(44-21),所述第一舵机连接板(44-2)的两侧向上凸起部分各设置有两个用于连接第一垂直方向舵机(6)的第一垂直方向舵机连接孔(44-22);

所述第二连接板(45)包括八边形的第二连接底板(45-1)和连接在第二连接底板(45-

1)后侧且用于连接第二垂直方向舵机(8)的第二舵机连接板(45-2),所述第二连接底板(45-1)的左侧设置有两个用于连接第三电机(22)的第三电机连接孔(45-11),所述第二连接底板(45-1)的右侧设置有两个用于连接第四电机(23)的第四电机连接孔(45-12),所述第二连接底板(45-1)的前侧设置有四个用于连接第一水平方向舵机(7)的第一水平方向舵机连接孔(45-14),所述第二连接底板(45-1)的后侧设置有六个用于连接第二舵机连接板(45-2)的第三舵机连接板连接孔(45-13);所述第二舵机连接板(45-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上凸起部分,所述第二舵机连接板(45-2)的横梁部分设置有与第三舵机连接板连接孔(45-13)相配合的第四舵机连接板连接孔(45-21),所述第二舵机连接板(45-2)的两侧向上凸起部分各设置有两个用于连接第二垂直方向舵机(8)的第二垂直方向舵机连接孔(45-22);

所述第三连接板(46)包括八边形的第三连接底板(46-1)和连接在第三连接底板(46-

1)后侧且用于连接第三垂直方向舵机(10)的第三舵机连接板(46-2),所述第三连接底板(46-1)的左侧设置有两个用于连接第五电机(24)的第五电机连接孔(46-11),所述第三连接底板(46-1)的右侧设置有两个用于连接第六电机(25)的第六电机连接孔(46-12),所述第三连接底板(46-1)的前侧设置有四个用于连接第二水平方向舵机(9)的第二水平方向舵机连接孔(46-14);所述第三连接底板(46-1)的后侧设置有六个用于连接第三舵机连接板(46-2)的第五舵机连接板连接孔(46-13);所述第三舵机连接板(46-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上凸起部分,所述第三舵机连接板(46-2)的横梁部分设置有与第五舵机连接板连接孔(46-13)相配合的第六舵机连接板连接孔(46-21),所述第三舵机连接板(46-2)的两侧向上凸起部分各设置有两个用于连接第三垂直方向舵机(10)的第三垂直方向舵机连接孔(46-22);

所述第四连接板(47)包括八边形的第四连接底板(47-1)和连接在第四连接底板(47-

1)后侧且用于连接第四垂直方向舵机(12)的第四舵机连接板(47-2),所述第四连接底板(47-1)的左侧设置有两个用于连接第七电机(26)的第七电机连接孔(47-11),所述第四连接底板(47-1)的右侧设置有两个用于连接第八电机(27)的第八电机连接孔(47-12),所述第四连接底板(47-1)的前侧设置有四个用于连接第三水平方向舵机(11)的第三水平方向舵机连接孔(47-14);所述第四连接底板(47-1)的后侧设置有六个用于连接第四舵机连接板(47-2)的第七舵机连接板连接孔(47-13);所述第四舵机连接板(47-2)包括横梁部分和设置在横梁部分左右两侧的向上凸起部分,所述第四舵机连接板(47-2)的横梁部分设置有与第七舵机连接板连接孔(47-13)相配合的第八舵机连接板连接孔(47-21),所述第四舵机连接板(47-2)的两侧向上凸起部分各设置有两个用于连接第四垂直方向舵机(12)的第四垂直方向舵机连接孔(47-22);

所述第五连接板(48)包括八边形的第五连接底板(48-1),所述第五连接底板(48-1)的左侧设置有两个用于连接第九电机(28)的第九电机连接孔(48-11),所述第五连接底板(48-1)的右侧设置有两个用于连接第十电机(29)的第十电机连接孔(48-12),所述第五连接底板(48-1)的前侧设置有四个用于连接第四水平方向舵机(13)的第三水平方向舵机连接孔(48-13)。

8.按照权利要求1所述的一种蛇形机器人位姿控制系统,其特征在于:所述第一叶片轮(34)、第二叶片轮(35)、第三叶片轮(36)、第四叶片轮(37)、第五叶片轮(38)、第六叶片轮(39)、第七叶片轮(40)、第八叶片轮(41)、第九叶片轮(42)和第十叶片轮(43)的结构相同且均包括内圆箍(61)和连接在内圆箍(61)上且伸出内圆箍(61)外部的三个弹簧叶片(62),所述内圆箍(61)的中心位置处设置有轴孔(63),所述内圆箍(61)的圆周上相互间隔120°设置有三个卡槽(64),三个弹簧叶片(62)与内圆箍(61)连接的一端分别卡合连接在三个卡槽(64)内,所述弹簧叶片(62)伸出内圆箍(61)外部的一端端部为弧形弯曲部(62-1),三个弹簧叶片(62)的弧形弯曲部(62-1)的弯曲方向相同,所述内圆箍(61)上径向设置有与轴孔(63)相连通的结构缝(65);所述内圆箍(61)的中心位置处设置有圆形凸起(61-1),所述轴孔(63)设置在圆形凸起(61-1)的中心位置处;所述内圆箍(61)靠近外圆周的位置处设置有圆环形凸起(61-2),所述内圆箍(61)上径向均匀设置有多个位于圆环形凸起(61-2)的外圈外部的矩形凸起(61-3)。

9.一种采用如权利要求1所述的控制系统对蛇形机器人位姿进行控制的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、数据采集及传输:蛇形机器人开始行走后,所述夜视摄像头(19)实时拍摄蛇形机器人行走的环境图像,并将拍摄到的蛇形机器人行走的环境图像传输给主控制器(30),主控制器(30)再通过通信模块(56)将其接收到的蛇形机器人行走的环境图像传输给上位计算机(60),上位计算机(60)实时显示蛇形机器人行走的环境图像;同时,第一超声波传感器(16)、第二超声波传感器(17)和红外传感器(18)对蛇形机器人行走前方的障碍物进行实时检测并将检测到的信号传输给避障模块(33),避障模块(33)再将其接收到的信号实时传输给主控制器(30);

步骤二、数据分析处理:所述主控制器(30)对其接收到的避障模块(33)输出的信号进行分析处理,判断出蛇形机器人行走前方是否有障碍物;当蛇形机器人行走前方没有障碍物时,所述主控制器(30)不发出改变蛇形机器人位姿的控制信号,所述蛇形机器人继续行走;当蛇形机器人行走前方有障碍物时,所述主控制器(30)调用Canny算法边缘检测模块对其接收到的蛇形机器人行走的环境图像进行边缘检测处理,得到蛇形机器人行走前方障碍物的高度h;

步骤三、蛇形机器人位姿控制:所述主控制器(30)将蛇形机器人行走前方障碍物的高度h与蛇形机器人越障与避障的障碍物高度阈值12cm相比较,当h≤12cm时,所述主控制器(30)制定蛇形机器人位姿控制专家规则并根据极限学习机的方法输出对蛇形机器人位姿进行控制的控制信号,使蛇形机器人进行越障行驶;当h>12cm时,所述主控制器(30)输出控制信号给第一水平方向舵机(7)、第二水平方向舵机(9)、第三水平方向舵机(11)和第四水平方向舵机(13),使蛇形机器人绕开障碍物前行;

其中,所述主控制器(30)制定蛇形机器人位姿控制专家规则并根据极限学习机的方法输出对蛇形机器人位姿进行控制的控制信号,使蛇形机器人进行越障行驶的具体过程为:

步骤301、所述主控制器(30)制定蛇形机器人位姿控制专家规则:

规则一、当蛇形机器人行走前方的障碍物高度h的取值为h≤5cm时,主控制器(30)输出控制信号,使第一垂直方向舵机(6)的俯仰角为45°,第二垂直方向舵机(8)的俯仰角为15°,并使第三垂直方向舵机(10)和第四垂直方向舵机(12)同步前行翻越障碍物;

规则二、当蛇形机器人行走前方的障碍物高度h的取值为5cm<h≤8cm时,主控制器(30)输出控制信号,使第一垂直方向舵机(6)的俯仰角为45°,第二垂直方向舵机(8)的俯仰角为35°,并使第三垂直方向舵机(10)和第四垂直方向舵机(12)同步前行翻越障碍物;

规则三、当蛇形机器人行走前方的障碍物高度h的取值为8cm<h≤12cm时,主控制器(30)输出控制信号,使第一垂直方向舵机(6)的俯仰角为45°,第二垂直方向舵机(8)的俯仰角为45°,第三垂直方向舵机(10)的俯仰角为25°,并使第四垂直方向舵机(12)同步前行翻越障碍物;

步骤302、所述主控制器(30)根据极限学习机的方法输出对蛇形机器人位姿进行控制的控制信号,具体过程为:

步骤3021、所述主控制器(30)定义步骤301中制定的规则一中的舵机角度为θ1=[θ11,θ12,θ13]T,其中,θ11为第一垂直方向舵机(6)的俯仰角且θ11=45°,θ12为第二垂直方向舵机(8)的俯仰角且θ12=15°,θ13为第三垂直方向舵机(10)的俯仰角且θ13=0°;定义步骤301中制定的规则二中的舵机角度为θ2=[θ21,θ22,θ23]T,其中,θ21为第一垂直方向舵机(6)的俯仰角且θ21=45°,θ22为第二垂直方向舵机(8)的俯仰角且θ22=35°,θ23为第三垂直方向舵机(10)的俯仰角且θ23=0°;定义步骤301中制定的规则三中的舵机角度为θ3=[θ31,θ32,θ33]T,其中,θ31为第一垂直方向舵机(6)的俯仰角且θ31=45°,θ32为第二垂直方向舵机(8)的俯仰角且θ32=45°,θ33为第三垂直方向舵机(10)的俯仰角且θ33=25°;

步骤3022、所述主控制器(30)将θi=[θi1,θi2,θi3]T,i=1,2,3输入预先建立并训练好的模型为3-6-1网络的极限学习机中,得出极限学习机的输出,极限学习机的输出即为主控制器(30)对蛇形机器人位姿进行控制时,控制第一垂直方向舵机(6)的实际俯仰角、控制第二垂直方向舵机(8)的实际俯仰角和控制第三垂直方向舵机(10)的实际俯仰角;

其中,预先建立并训练模型为3-6-1网络的极限学习机的具体过程为:

步骤30221、产生训练样本集:当蛇形机器人行走前方的障碍物高度h为步骤301中制定的规则一、规则二和规则三中三种不同高度时,随机选取10组蛇形机器人在越障时第一垂T

直方向舵机(6)、第二垂直方向舵机(8)和第三垂直方向舵机(10)的角度θi=[θi1,θi2,θi3] ,i=1,2,3,作为极限学习机的训练样本集;

步骤30222、建立极限学习机:以θi=[θi1,θi2,θi3]T,i=1,2,3作为极限学习机的输入神经元,输入层节点数为3个;以第一垂直方向舵机(6)的实际俯仰角f(θ1)、第二垂直方向舵机(8)的实际俯仰角f(θ2)和第三垂直方向舵机(10)的实际俯仰角f(θ3)为极限学习机的输出,定义f(θ)=[f(θ1) f(θ2) f(θ3)]T,输出层节点数为1个,隐层节点数为6个,建立模型为

3-6-1网络的极限学习机;极限学习机的输出方程为 hj(θi)为

第j个隐层节点关于θi的输出向量且 e为自然常数,p为极限学

习机隐层输出矩阵的权系数,qj为第j个隐层节点的输入且 aj为第j个隐层

节点和输入层之间的连接权值,bj为第j个隐层节点的阈值;H为3×6维隐层输出矩阵且H=[h(θ1) h(θ2) h(θ3)]T,h(θi)为隐层关于θi的输出向量且h(θi)=[h1(θi),h2(θi),…,h6(θi)];C为Δθi对应的惩罚因子,Δθi为极限学习机输出的实际俯仰角与极限学习机的期望输出俯仰角之间的差值;Y为极限学习机的期望输出俯仰角且Y=[y1 y2 y3]T,当h≤5cm时,y1为45°,y2为15°,y3为0°;当5cm<h≤8cm时,y1为45°,y2为35°,y3为0°;当8cm<h≤12cm时,y1为45°,y2为45°,y3为25°;

步骤30223、训练极限学习机:采用步骤30221中的训练样本集训练极限学习机,且在进行训练时,采用粒子群算法寻找极限学习机隐层输出矩阵的权系数p的最优解,并最终使极限学习机输出的实际俯仰角与期望输出俯仰角之间的差值趋近于0;在寻找p的最优解时,粒子通过跟踪两个最优值更新自己,一是粒子本身所找到的最优解,另一个是整个种群目前找到的最优解,采用的公式为:其中,η表示一个粒子,xη(t)表示粒子在t时刻的位置,对应t时刻隐层输出矩阵的权系数p的最优解;xη(t+1)表示粒子在t+1时刻的位置,对应t+1时刻隐层输出矩阵的权系数p的最优解;vη(t)表示粒子在t时刻的速度,vη(t+1)表示粒子在t+1时刻的速度, 表示粒子的历史最好位置, 表示整个种群目前找到的最好位置,ω为惯性系数且0<ω<1,c1和c2均为学习因子且取值均为非负实数,r1和r2均为均匀分布在(0,1)区间上的随机数。

10.按照权利要求9所述的方法,其特征在于:步骤30222中所述C的取值为0.01~20。