[发明专利]一种连续型机器人空间路径跟踪效果的评价方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，特别是涉及一种连续型机器人空间路径跟踪效果的评价方法。

背景技术

连续型机器人是一种采用“无脊椎”柔性结构的新型仿生机器人，具有良好的弯曲性能，可以柔顺而灵活地改变自身的形状，其优良的弯曲特性甚至可以和蛇、象鼻子以及章鱼触角等生物器官媲美。由于连续型机器人的外形可以灵活改变，因此具有根据环境障碍物的状况而改变自身形状的能力，对工作空间受限的环境具有独特的适应能力。其应用前景广阔，可以应用于飞机油箱检查、多障碍物工业环境内的作业、弯曲管道和塌陷建筑物内的侦查和搜救、核电站内部管路的维护、人体疾病的诊疗等场合。

连续型机器人为由多个关节段构成的串联机器人，其关节段具有结构上的约束，能进行空间的弯曲和旋转运动。在空间结构约束很强的环境中，为避免机器人触碰造成损伤或潜在危险，需对机器人到达目标区域的行进路径进行规划。路径为由若干个类似连续型关节的曲线构成，满足其结构约束，是连续型机器人到达目标区域的最终姿态。在设计跟踪算法时，为分析和评价跟踪效果，需要提出评价方法。而当前对于连续型机器人跟踪效果的评价尚缺少依据。

在这种技术背景下，目前尚未发现针对于连续型机器人空间路径跟踪效果的评价方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种连续型机器人空间路径跟踪效果的评价方法。

为了达到上述目的，本发明提供的连续型机器人空间路径跟踪效果的评价方法包括建立评价指标阶段和跟踪计算阶段；

（一）建立评价指标阶段

首先建立路径跟踪性能评价指标：最大误差、平均误差、响应时间和控制精度；

（二）跟踪计算阶段

在蛇臂跟踪路径的步进过程的每一步中，计算并记录评价指标所需要的各项参数，在跟踪完成后，确定评价指标的各项数值。

在建立评价指标阶段中，所述的评价指标包括：

1.1)最大误差

最大误差是指连续型机器人蛇臂在对路径跟踪时蛇臂关节段与相应路径段的最大偏差距离；由于跟踪路径过程中只求解蛇臂末端关节段的关节段变量，其余关节段重复蛇臂末端关节段的运动，故蛇臂基座每次步进后，只需求解末端关节段与路径的最大距离，这些最大距离中的最大值为最大误差；路径关节段数为n个，设最大距离为d_maxt(t=1,2,3,...,nw)，最大误差为e_max；

1.2)平均误差

平均误差是指蛇臂末端关节段与路径关节段的所有最大距离的平均值，用来衡量跟踪过程中的平均偏差大小；设平均误差为则

e‾=Σt=1nwdmaxtnw]]>

1.3)响应时间

响应时间是指每次计算出蛇臂关节段变量所需的时间，用来衡量控制算法的快速性；

1.4)控制精度

控制精度是指完成路径跟踪后蛇臂末端点与路径末端点的距离；路径是由给定需要检测的目标点后按照路径规划算法产生的，与路径末端点的距离即是与目标点的距离；控制精度是用来衡量到达目标点的准确程度。

所述的跟踪计算阶段的具体操作过程包括按顺序执行的如下阶段：

步骤一、建立蛇臂末端关节分点的S01阶段：将蛇臂末端关节段均分为w份；

步骤二、求分点路径坐标{B₀}的S02阶段：求解分点在路径坐标系{B₀}中的坐标，记作数组U(q)(q=1,2,...,w)；

步骤三、建立路径分点数组{V_p,q}的S03阶段：将路径各关节段均分w份，分点构成数组V(p,q)(p=1,2,...，n;q=1,2,...,w)；

步骤四、跟踪一个路径关节段的S04阶段：蛇臂前进一步，并完成跟踪路径的动作；即：蛇臂末端关节段跟踪路径一个关节段，基座第j(0≤j≤w)次步进；