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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明公开了一种基于蛇形机器人的爬树控制方法，所述的蛇形机器人包括蛇首结构和蛇身结构；蛇形机器人静态缠绕分为三部分；上层环绕部分；中层驱动部分；下层环绕部分；蛇形机器人攀爬共分为6组动作指令，6组动作指令依次执行，可实现对一截自然树的攀爬；采用新的算法实现蛇形机器人攀爬自然树，强化了蛇形机器人在三维环境下的适应能力。

主权项：1.一种基于蛇形机器人的爬树控制方法，所述的蛇形机器人包括蛇首结构和蛇身结构；蛇首结构包括后置单位关节驱动舵机、三维角度传感器和OpenMV驱动舵机、蛇首外壳、OpenMV和第一U型架；OpenMV驱动舵机固定连接在蛇首外壳内部，且OpenMV驱动舵机转子伸出蛇首外壳后通过安装板与三维角度传感器和OpenMV固定连接，后置单位关节驱动舵机固定连接在蛇首外壳内部，且蛇首驱动舵机的转轴上固定连接有第一U型架；OpenMV驱动舵机负责三维角度传感器和OpenMV在roll轴运动；蛇身结构包括i个单位关节i＝14，单位关节包括采用正交连接方式安装在单位关节外壳内部的前置单位关节驱动舵机和后置单位关节驱动舵机，前置单位关节驱动舵机和后置单位关节驱动舵机的转轴上分别固定连接有第二U型架和第三U型架，第三U型架上固定连接有连接块，第1个单位关节上的第二U型架与第一U型架采用正交连接方式固定连接，第ii＝1，2，...，13个单位关节上的连接块与相邻第i+1i＝1，2，...，13个单位关节上的第二U型架固定连接；每个连接块外壁均连接有多个压力传感器；前置单位关节驱动舵机i＝1，2，...，14绕pitch轴运动，进行竖直驱动，后置单位关节驱动舵机绕yaw轴进行水平驱动；其特征在于：蛇形机器人攀爬自然树具体方法为：通过OpenMV检测树干半径r，定义参变量b，b的取值与半径r满足反向线性关系，2πb表示蛇形机器人绕树一周的竖直间距，则蛇形机器人绕树一周的单位关节个数loop_number满足如下公式： 水平运动的后置驱动舵机负责环抱树木，竖直运动的前置驱动舵机负责产生错位角，使蛇形机器人的静态位姿能够拟合圆柱螺旋线；圆柱螺旋线的参数方程如下： 后置驱动舵机的转角level_angle均相等，满足如下公式： 每个前置驱动舵机的转角vertical_angle在不同的单位关节的情况下是不同的；定义中间变量当绕树一周的单位关节个数lop_number＝6时,前置驱动舵机的转角vertical_angle满足： vertical_angle3＝0 vertical_angle1表示第一个前置驱动舵机的转角；vertical_angle2表示第二个前置驱动舵机的转角；vertical_angle3表示第三个前置驱动舵机的转角；vertical_angle4表示第四个前置驱动舵机的转角；vertical_angle5表示第五个前置驱动舵机的转角；蛇形机器人静态缠绕分为三部分；上层环绕部分；中层驱动部分；下层环绕部分；上层环绕部分，参与的单位关节个数Number为6，当上层环绕部分的单位关节通过上述绕树方法环绕自然树贴合一周时，其后置驱动关舵机均以同一个变化系数去慢慢增大转角同时使压力增大，主控制器不断回读每一个压力传感器的数值，当所有检测到压力的压力传感器数值均在FN1和FN2之间，后置驱动舵机停止转动，此时完成蛇形机器人上层部分对自然树的环绕；中层驱动部分参与的单位关节个数为2个，静态缠绕时中层驱动部分的单位关节的前置驱动舵机、后置驱动舵机的角度变化与上层环绕部分的前置驱动舵机、后置驱动舵机相同；下层环绕部分参与的单位关节个数为6个，静态缠绕时下层环绕部分的单位关节的前置驱动舵机、后置驱动舵机的角度变化与上层环绕部分相同，实现了蛇形机器人对自然树周的静态缠绕；蛇形机器人攀爬共分为6组动作指令，6组动作指令依次执行，可实现对一截自然树的攀爬；动作指令1为上层环绕部分卸力，上层环绕部分的后置驱动舵机的角度从静态缠绕状态以同一变化系数同时慢慢减小转角，主控制器实时回读上层环绕部分的每一个压力传感器数值，当数值变为0时，完成上层环绕部分与自然树干的贴合，继续减小后置驱动舵机的转角，使上层环绕部分与自然树干产生较大空隙，执行动作指令2；动作指令2为中层驱动部分伸直，中层驱动部分的前后置驱动舵机由静态缠绕状态变为竖直向上，使上层环绕部分升高，此过程中，只有下层环绕部分产生的摩擦力来抵抗重力，执行动作指令3；动作指令3为上层环绕部分收力，上层环绕部分的单位关节通过上述绕树方法环绕自然树，若在环绕过程中已检测到上层环绕部分压力传感器数值均在FN1和FN2之间，后置驱动舵机停止转动，说明实际自然树干要比理想树干要粗，若在环绕过程中未检测到上层环绕部分压力传感器数值均在FN1和FN2之间，说明实际自然树干要比理想树干要细，其后置驱动关舵机均以同一个变化系数去慢慢增大转角同时使压力增大，主控制器实时回读每一个压力传感器的数值，当所有检测到压力的压力传感器数值均在FN1和FN2之间，后置驱动舵机停止转动，执行动作指令4；动作指令4为下层环绕部分卸力，下层环绕部分的后置驱动舵机的角度从静态缠绕状态以同一变化系数同时慢慢减小转角，主控制器实时回读下层环绕部分的每一个压力传感器数值，当数值变为0时，完成下层环绕部分与自然树干的贴合，继续减小后置驱动舵机的转角，使下层环绕部分与自然树干产生较大空隙，执行动作指令5；动作指令5为中层驱动部分收缩，中层驱动部分的前置驱动舵机、后置驱动舵机恢复至静态缠绕时的动作指令，此过程中，只有上层环绕部分产生的摩擦力来抵抗重力，执行动作指令6；动作指令6为下层环绕部分收力，下层环绕部分的单位关节通过上述绕树方法环绕自然树，若在环绕过程中已检测到下层环绕部分压力传感器数值均在FN1和FN2之间，后置驱动舵机停止转动，说明实际自然树干要比理想树干要粗，若在环绕过程中未检测到下层环绕部分压力传感器数值均在FN1和FN2之间，说明实际自然树干要比理想树干要细，其后置驱动关舵机均以同一个变化系数去慢慢增大转角同时使压力增大，主控制器实时回读每一个压力传感器的数值，当所有检测到压力的压力传感器数值均在FN1和FN2之间，后置驱动舵机停止转动。

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