CN113176737A - 仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法、系统、设备及介质，所述方法包括：响应输入的绘制指令，绘制零部件图；根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型；在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副；在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数；在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近；对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。本发明能够让研究人员更好地进行实体研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法、系统、设备及介质，属于仿生蛇形机器人的仿真技术领域。
背景技术
仿生蛇形机器人是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人，仿生蛇形机器人通过自身与周围环境的接触摩擦，各关节之间相互配合扭动来实现生物蛇的多种运动形态，模仿生物蛇的蜿蜒运动、蠕动前行、翻滚等。蛇形机器人可以运用在各种复杂环境下，例如，在科学探险时进入气候恶劣与人类难以深入的探险地点中，完成探险任务；在灾难救援时完成窄道，细缝搜救任务；在医疗技术上完成进入人体血管的医疗作业；在军事上还可以深入侦查等等。因为蛇形机器人细长正交的机构、多种复杂的运动形态、多种多样的使用场景，在仿生学的理论研究和仿生机器人的实际应用上都有着重大价值，所以蛇形机器人具有重大的研究意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法、系统、设备及介质，其可以对仿生蛇形机器人的蜿蜒运动进行仿真，通过求解器进行运动学和动力学分析，得到仿生蛇形机器人在运动时的形态变化，以及与地面接触时受到的摩擦力，能够让研究人员更好地进行实体研究。
本发明的第一个目的在于提供一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法。
本发明的第二个目的在于提供一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真系统。
本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备。
本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，所述方法包括：
响应输入的绘制指令，绘制零部件图；其中，所述零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘；
根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型；
在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副；
在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数；
在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近；
对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
进一步的，所述对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真之后，还包括：
对最后一次仿真进行运动学分析，得到关节在运动时与地面产生的接触力数据；
根据关节在运动时与地面产生的接触力数据，绘制出图像，并进行分析研究。
进一步的，所述进行分析研究，具体为：
分析蛇身与地面的接触力在水平分量的大小，得到蛇身在蜿蜒运动时与地面的摩擦力，作为实体样机材料的选择参考数据，以及对实体蛇身的使用寿命估算；得到蛇身在蜿蜒运动时的力矩数据，作为实体样机时选择舵机的参考数据。
进一步的，所述设置接触力的相关参数，具体包括：
设置接触力的法向力以及摩擦力；
根据准备使用在实体的材料以及实体样机投入使用的场景，设置接触力中相对应的刚度、阻尼、摩擦系数和平移系数。
进一步的，所述驱动函数通过分析计算设置或根据驱动的角度设置，其中通过分析计算设置的驱动函数如下式：
F(x,t)＝I(x,t)*sin(w(x,t)*x+xita(x,t))+k(x,t)。
进一步的，所述对仿生蛇形机器人进行装配时，使蛇身关节之间平行，使蛇身与地板重合。
进一步的，所述根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型之后，还包括：
对零部件图中的各个零部件进行材料选择和颜色渲染；其中，材料选择时与实际样机的材质相近。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真系统，所述系统包括：
绘制模块，用于响应输入的绘制指令，绘制零部件图；其中，所述零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘；
装配模块，用于根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型；
第一添加模块，用于在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副；
第二添加模块，在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数；
第三添加模块，在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近；
仿真模块，用于对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法。
本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
本发明是机械仿真的一种应用，具体对仿生蛇形机器人进行仿真，可以得到关节与地面的力学分析，通过对仿生蛇形机器人进行装配，得到装配体，即仿生蛇形机器人模型，其包括需要的各个零部件，并不是用简单的连杆或者方形刚体代替，能够得到更真实可靠的受力数据；此外，本发明尽可能地将仿真中的各个参数设置的与实体样机相同，得到的数据可提供于实际样机的改善，减少了实际样机中传感器的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法的流程图。
图2为本发明实施例1的仿生蛇形机器人的装配体示意图。
图3为本发明实施例1的给驱动设置驱动函数的示意图。
图4为本发明实施例1的驱动函数曲线图。
图5为本发明实施例1的仿真动画某时刻示意图。
图6为本发明实施例1的接触力数据与力矩数据分析曲线图。
图7为本发明实施例1的力矩数据分析曲线图。
图8为本发明实施例2的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真系统的结构框图。
图9为本发明实施例3的计算机设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，该方法包括以下步骤：
S101、响应输入的绘制指令，绘制零部件图。
本实施例通过在solidworks三维建模软件中输入绘制指令，响应该绘制指令后，绘制零部件图，零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘，本实施例的仿生蛇形机器人为正交式仿生蛇形机器人。
S102、根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型。
具体地，在solidworks三维建模软件中，根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，在装配时要注意蛇身关节之间的平行，蛇身与地板的重合，以保证装配体导入模型后蛇身与地板有理想的接触面，完成的装配体如图2所示，将该装配体作为仿生蛇形机器人模型，保存为parasolid(*.x_t)格式，之后在Adams仿真软件中导入仿生蛇形机器人模型，为了更好的观察各零部件，可以先对零部件图中的各个零部件进行材料选择和颜色渲染，材料选择时与实际样机的材质相近。
接下来的步骤S103～S106采用Adams仿真软件实现，Adams仿真软件(机械系统运动学自动分析)对机械产品虚拟样机进行仿真分析的软件，使用使用交互式图形环境和零部件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线；使用Adams仿真软件对仿生机器人整体仿真的研究较少，对于仿生蛇形机器人的仿真大多是采用模块研究或者使用简单的连杆来进行研究分析，本实施例通过使用Adams仿真软件可以对仿生蛇形机器人的蜿蜒运动(包括蠕动前行)进行仿真研究，通过Adams仿真软件进行仿真，可以得到正交式仿生蛇形机器人在运动时与地面所受的力，仿真所获得的相关数据有利于对仿生蛇形机器人的研究。
S103、在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副。
在舵机与舵盘中添加固定副，选择舵盘中心作为固定副中心，用于模仿实体中舵盘与舵机的相对静止；在舵盘与关节之间添加旋转副，用于模仿关节之间的相对运动；本实施例的仿生蛇形机器人通过相邻关节之间的相对转到产生拉力或推力从而实现运动，通过舵机与舵盘的固定副连接，蛇身与舵机之间添加旋转副来得到推力或拉力。
S104、在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数。
其中，设置接触力的相关参数，具体包括：
1)设置接触力的法向力以及摩擦力。
2)根据准备使用在实体的材料以及实体样机投入使用的场景，设置接触力中相对应的刚度、阻尼、摩擦系数和平移系数。
S105、在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近。
通过步骤S103～S105，在Adams仿真软件中完成各零部件之间运动副以及驱动。
如图3所示，本实施例通过分析计算设置驱动函数，如下式：
F(x,t)＝I(x,t)*sin(w(x,t)*x+xita(x,t))+k(x,t)
上述驱动函数的设置如下：
F(x)＝l(x)*sin(w(x)*x+xita(x))；
l(x)＝11*x/30+2.5x<＝15；
I＝8x<＝75；
-(x-75)/40+8x>75；
W(x)＝pi/5/((0.4*x+0.25)^0.5+0.5)；
Xita(x)＝((0.4*x+0.25)^0.5-0.5)*pi/2；
舵机的偏转量f(x)＝a*F”(x)+b；
而要探究的应该是驱动函数，即：
F(x,t)＝I(x,t)*sin(w(x,t)*x+xita(x,t))+k(x,t)。
本实施例的驱动函数应用了仿生学中对生物蛇蜿蜒运动的研究，蜿蜒运动的摆动近似于正弦波的运动，如图4所示。
本领域技术人员可以理解，也可根据驱动函数的角度设置驱动的函数，例如：
将添加在第一个旋转副上的motion的时间函数定义为STEP(time,0,0d,2,75d)+
STEP(time,2,0d,2.5,0d)+STEP(time,2.5,0d,5,-150d)。
S106、对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
本实施例的仿真动画某时刻示意图如图5所示。
为了进一步进行分析研究，本实施例在对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真之后，还包括：
S107、对最后一次仿真进行运动学分析，得到关节在运动时与地面产生的接触力数据。
S108、根据关节在运动时与地面产生的接触力数据，绘制出图像，并进行分析研究。
其中，进行分析研究，具体为：分析蛇身与地面的接触力在水平分量的大小，得到蛇身在蜿蜒运动时与地面的摩擦力，作为实体样机材料的选择参考数据，以及对实体蛇身的使用寿命估算；得到蛇身在蜿蜒运动时的力矩数据，作为实体样机时选择舵机的参考数据；数据分析如图6和图7所示。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于计算机可读取存储介质中。
实施例2：
如图8所示，本实施例提供了一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真系统，该系统包括绘制模块801、装配模块802、第一添加模块803、第二添加模块804、第三添加模块805和仿真模块806，各个模块的具体功能如下：
绘制模块801，用于响应输入的绘制指令，绘制零部件图；其中，所述零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘。
装配模块802，用于根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型。
第一添加模块803，用于在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副。
第二添加模块804，在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数。
第三添加模块805，在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近。
仿真模块806，用于对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
进一步地，仿真模块806之后，还可包括：
运动学分析模块807，用于对最后一次仿真进行运动学分析，得到关节在运动时与地面产生的接触力数据。
分析研究模块808，用于根据关节在运动时与地面产生的接触力数据，绘制出图像，并进行分析研究。
本实施例中各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，在此不再一一赘述；需要说明的是，本实施例提供的系统仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配给不同的功能单元完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
实施例3：
如图9所示，本实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是计算机、服务器等，包括通过系统总线901连接的处理器902、存储器、输入装置903、显示器904和网络接口905。其中，处理器902用于提供计算和控制能力，存储器包括非易失性存储介质906和内存储器907，该非易失性存储介质906存储有操作系统、计算机程序和数据库，该内存储器907为非易失性存储介质906中的操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器1002执行时，实现上述实施例1的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，如下：
响应输入的绘制指令，绘制零部件图；其中，所述零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘；
根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型；
在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副；
在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数；
在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近；
对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
进一步地，对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真之后，还可包括：
对最后一次仿真进行运动学分析，得到关节在运动时与地面产生的接触力数据。
根据关节在运动时与地面产生的接触力数据，绘制出图像，并进行分析研究。
实施例4：
本实施例提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例1的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，如下：
响应输入的绘制指令，绘制零部件图；其中，所述零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘；
根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型；
在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副；
在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数；
在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近；
对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
进一步地，对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真之后，还可包括：
对最后一次仿真进行运动学分析，得到关节在运动时与地面产生的接触力数据。
根据关节在运动时与地面产生的接触力数据，绘制出图像，并进行分析研究。
需要说明的是，本实施例的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读存储介质可以是计算设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该计算设备中。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本实施例的操作的计算机程序，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Python、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C语言或类似的程序设计语言。程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照上述各个实施例的方法、系统和计算机设备的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，该模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。描述于上述实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，上述实施例中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与上述实施例公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
综上所述，本发明是机械仿真的一种应用，具体对仿生蛇形机器人进行仿真，可以得到关节与地面的力学分析，通过对仿生蛇形机器人进行装配，得到装配体，即仿生蛇形机器人模型，其包括需要的各个零部件，并不是用简单的连杆或者方形刚体代替，能够得到更真实可靠的受力数据；此外，本发明尽可能地将仿真中的各个参数设置的与实体样机相同，得到的数据可提供于实际样机的改善，减少了实际样机中传感器的使用。
本领域技术人员应当理解，本发明不限于上述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
响应输入的绘制指令，绘制零部件图；其中，所述零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘；
根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型；
在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副；
在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数；
在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近；
对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
2.根据权利要求1所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，其特征在于，所述对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真之后，还包括：
对最后一次仿真进行运动学分析，得到关节在运动时与地面产生的接触力数据；
根据关节在运动时与地面产生的接触力数据，绘制出图像，并进行分析研究。
3.根据权利要求2所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，其特征在于，所述进行分析研究，具体为：
分析蛇身与地面的接触力在水平分量的大小，得到蛇身在蜿蜒运动时与地面的摩擦力，作为实体样机材料的选择参考数据，以及对实体蛇身的使用寿命估算；得到蛇身在蜿蜒运动时的力矩数据，作为实体样机时选择舵机的参考数据。
4.根据权利要求1-3任一项所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，其特征在于，所述设置接触力的相关参数，具体包括：
设置接触力的法向力以及摩擦力；
根据准备使用在实体的材料以及实体样机投入使用的场景，设置接触力中相对应的刚度、阻尼、摩擦系数和平移系数。
5.根据权利要求1-3任一项所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，其特征在于，所述驱动函数通过分析计算设置或根据驱动的角度设置，其中通过分析计算设置的驱动函数如下式：
F(x,t)＝I(x,t)*sin(w(x,t)*x+xita(x,t))+k(x,t)。
6.根据权利要求1-3任一项所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，其特征在于，所述对仿生蛇形机器人进行装配时，使蛇身关节之间平行，使蛇身与地板重合。
7.根据权利要求1-3任一项所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法，其特征在于，所述根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型之后，还包括：
对零部件图中的各个零部件进行材料选择和颜色渲染；其中，材料选择时与实际样机的材质相近。
8.一种仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真系统，其特征在于，所述系统包括：
绘制模块，用于响应输入的绘制指令，绘制零部件图；其中，所述零部件图中的零部件包括仿生蛇形机器人的单个关节、舵机和舵盘；
装配模块，用于根据零部件图，对仿生蛇形机器人进行装配，得到仿生蛇形机器人模型；
第一添加模块，用于在仿生蛇形机器人模型中，添加各零部件之间的运动副，在舵机与舵盘中添加固定副，在舵盘与关节之间添加旋转副；
第二添加模块，在仿生蛇形机器人模型中，在各个相互正交的关节与地板之间添加接触力，并设置接触力的相关参数；
第三添加模块，在仿生蛇形机器人模型中，在水平活动的关节之间的旋转副添加驱动，模拟舵机带来的扭矩，设置驱动函数，使得仿生蛇形机器人的运动与生物蛇蜿蜒运动轨迹相近；
仿真模块，用于对仿生蛇形机器人蜿蜒运动进行多次仿真。
9.一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1-7任一项所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法。
10.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-7任一项所述的仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法。
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| CN202110305218.8A CN113176737A (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 仿生蛇形机器人蜿蜒运动仿真方法、系统、设备及介质 |
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- 2021-03-19 CN CN202110305218.8A patent/CN113176737A/zh active Pending
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