基于改进蛇形曲线的蛇形机器人在流场中避障的轨迹跟踪控制律

来源：机器人杂志2019年第4期北京时间：

作者：李东方, 邓宏彬, 潘振华, 彭腾, 王超

摘要：针对蛇形机器人在流场中各关节之间的轨迹跟踪问题，研究一种基于改进蛇形曲线的蛇形机器人在流场中避障的轨迹跟踪控制律．首先，考虑流体环境可能施加在蛇形机器人系统上的外部干扰，采用浸入边界－格子Boltzmann方法（IB-LBM）在流场中建立障碍通道和蛇形机器人的流固耦合模型．然后，对蛇形机器人加入势函数，使其可以避开障碍；并采用改进的蛇形曲线方程使机器人尾部各关节跟踪头部的运动轨迹．最后，通过Matlab仿真和实验，研究不同流场密度、机器人尾部摆动频率以及流场雷诺数等参数对蛇形机器人轨迹跟踪的影响．理论分析和数值仿真表明，所设计的轨迹跟踪控制律不仅可以使蛇形机器人在遇到障碍时各关节跟踪前一关节的运动轨迹，而且还能使横向距离、纵向距离及方向角趋于稳定，达到有效避障的目的．此外，蛇形机器人在离开障碍通道后，各关节可以恢复蛇形曲线的运动形式，为蛇形机器人提供源源不断的前进动力．仿真和实验结果验证了轨迹跟踪控制律的有效性．

关键词：蛇形机器人, 蛇形曲线, 轨迹跟踪, 流固耦合