【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿生机器人，特别涉及一种模块化仿生蛇形机器人及其控制方法。
技术介绍
1、随着智能技术的发展和社会的进步，仿生类机器人的研究领域受到社会各界的关注在不断增加，对仿生类领域的研究也不断取得进步，做出了一些不凡的成就。
2、蛇形仿生机器人是仿生界里一种特殊的机器人，蛇形机器人可以实现“无肢运动”，具有相比有肢机器人来说拥有更广泛的应用前景，能够在环境恶劣、狭窄的缝隙和管道内进行代替人类进行作业和勘察环境，这种机器人的优势已经在部分生活应用中得到了充分的证实。
3、对于蛇形机器人的研究，国外处于相对领先地位。我国对蛇形机器人的研究从近几年才开始变得火热，一些
相对国外仍然处于落后地位。现有对仿生蛇的研究控制领域，虽然能够实现一些蛇类的仿生运动，但运动形式较为单一，不能充分体现蛇类的多样性运动，并不能帮助人类很好的完成部分工作。另外在目前的蛇形机器人控制方式当中，大多采用手柄或遥控器等传输设备对蛇形机器人进行开环控制，需要搭配专门的控制器，同时若机器人的某些关节受损或者环境太过复杂，现有的做法一般是停止当前作业，对蛇形机器人进行回收，这种做法显然会大大降低工作效率提高成本，不符合社会发展智能化、便捷化的发展趋势。
技术实现思路
1、根据以上技术问题，本专利技术提供了一种新型的蛇形仿生机器人，能够实现行波运动、双叠加运动、侧行、滑行、弧形滚动、螺旋滚动等多种步态运动，并配备相关app，可在手机、平板电脑上进行实时控制，以应对多复杂环境多变的工作任务
2、模块化仿生蛇形机器人，包括头部关节、6个通用关节和尾端关节，头部关节与任意一个通用关节连接，由通用关节驱动头部关节运动，其余5个通用关节依次连接，尾端关节与相邻的通用关节连接；
3、头部关节包括头部关节外壳和连接在头部关节外壳右侧的头部关节凸爪；
4、通用关节包括通用关节外壳、通用关节凸爪、通用关节舵机驱动轮和通用关节舵机，通用关节外壳下端设有通用关节凸爪，通用关节外壳上端设有通用关节舵机，通用关节舵机两侧设置的通用关节舵机驱动轮与相邻通用关节的通用关节凸爪或头部关节凸爪固定连接；
5、尾端关节包括尾端关节外壳、尾端关节舵机驱动轮和尾端关节舵机，尾端关节外壳上端设有尾端关节舵机，尾端关节舵机两侧设置的尾端关节舵机驱动轮与相邻通用关节的通用关节凸爪固定连接；尾端关节结构与通用关节一致，只是比通用关节缺少通用关节凸爪；
6、头部关节与相邻通用关节、相邻两个通用关节、通用关节与尾端关节之间采用正交方式连接，第奇数通用关节能带动前端的通用关节或头部关节实现上下运动，第偶数通用关节能带动相邻前端的第奇数通用关节实现左右运动，尾端关节能带动相邻通用关节实现上下运动；
7、头部关节内安装有供电系统、主控制芯片、机器人客户端、环境监测系统；
8、供电系统包括供电电池和供电模块，供电电池与通用关节舵机和尾端关节舵机连接；
9、无线通信系统包括app客户端、服务端和机器人客户端三个部分，其中app客户端用于进行人机交互，采用图形化界面，app客户端、服务端和机器人客户端之间可以采用wifi模块进行通讯；
10、服务端用作承接app客户端与机器人客户端之间的连接，转发接收来自客户端的数据，并对数据进行相应处理；
11、机器人客户端寄存于主控制芯片，主要负责接收来自服务端的数据，并将数据解析为机器人相对应的运动控制指令、运动控制参数，以及将机器人摄像头模块的视频数据发送至服务端；
12、机器人客户端与服务端的连接采用型号为8266wifi的wifi连接模块，通过tcp/ip协议与服务端建立socket连接；
13、环境监测系统为摄像头模块，摄像头模块与主控制芯片连接，摄像头模块对环境进行勘测，采用集成模块摄像头atk_ov5640，该摄像头模块内置两个高亮led灯，能够使得本专利技术能够在黑暗中正常感知环境正常作业。
14、一种模块化仿生蛇形机器人控制方法，包括如下步骤：
15、步骤一，通过仿生蛇形机器人在普通运动模式状态下的运动数据进行收集，构建一种映射表来表征运动动作与参考指标之间的关系，通过映射表受伤或者因某些特殊地形受限制的仿生蛇形机器人将进行一些参考指标被认为较好的动作，并且在进行动作的同时尝试对这些动作下的性能指标进行更新；
16、步骤二，根据map-elites算法思想采用一种简化版算法，在初始条件下随机生成一组主控制芯片参数，然后将定义好的动作执行方案进行性能指标评估，并将性能指标评估值记录在所构建的映射表中，如果当前的动作执行方案的性能指标优于映射表中对应的性能值，将替换掉当前映射表中的性能值，并将执行方案加入到映射表中，经过不断的循环更新，最终得到主控制芯片参数所构成的行为性能映射表，该简化的行为映射表根据普通运动模式下的蛇形机器人建立，其中目标函数的建立通过贝叶斯优化来完成，贝叶斯优化中为了均衡探索和开发，采集函数选择expected improvement(ei)，ei计算公式如(3.1)所示，其中φ(·)和φ(·)分别为累计分布函数和标准正太分布的概率密度分布函数，μ(x)，σ(x)是根据后验模型得到的期望和方差，f(x+)为实际观测值中的最大值，ε≥0为可调参数；
17、
18、通过贝叶斯优化来根据通过已有的动作行为参数起来的模型对下一个参数点进行价值评定，使用采集函数决定下一个新的行为动作对目标函数进行更新优化，其中模型建立方式采用高斯过程来完成；
19、其中高斯过程的核心在于核函数的选取，核函数在高斯过程生成一个相关系数矩阵，衡量任意两点之间的相关性距离，决定了高斯过程拟合的性能，高斯过程中的核函数选择rbf径向基核函数，其中径向基函数如公式(3.3)所示，其中σ和l是高斯过程中的超参数，||xi-xj||表示行为空间中两个行为的欧式距离贝叶斯优化和高斯过程具体过程如图5所示，开始时，查看模型是否初始化，若未初始化则产生随机初始化目标点，若已初始化完成则，将上一轮采集函数收集到的最大值点集合进行高斯过程训练，高斯过程训练结束后，查看迭代结果是否满足目标要求，若满足则输出模型训练结果，否则继续进行高斯迭代过程，直到模型训练结果满足目标要求。
20、
21、步骤三，根据仿生蛇机器人的运动形式，选取奇偶关节a，θ，δ参数和关节编号n为控制参数总计共7个维度。
22、本专利技术的有益效果为：
23、1、本专利技术采用模块化构成，方便模块的替换、维修，具有极简化设计特点，布线简约，方便量产；
24、2、本专利技术仿生蛇形机器人，运动模式多样，能够适应复杂的地形场合，同时能够对周围环境进行视频拍摄并传输；
25、3、本专利技术采用手机、平板电脑等移动设备进行联网控制，通信能力强，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.模块化仿生蛇形机器人，其特征在于：包括头部关节、6个通用关节和尾端关节，头部关节与任意一个通用关节连接，由通用关节驱动头部关节运动，其余5个通用关节依次连接，尾端关节与相邻的通用关节连接；
2.一种使用如权利要求1所述的模块化仿生蛇形机器人的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.模块化仿生蛇形机器人，其特征在于：包括头部关节、6个通用关节和尾端关节，头部关节与任意一个通用关节连接，由通用关节驱动头部关节运动，其余5个通用...
【专利技术属性】
技术研发人员：李寿涛，徐德正，魏栋，孙学俣，郭子硕，丁家驹，郭子阳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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