6]+W6j (j = 2, 7, 8)，将其与原来不经过顶点％的各个权 值之和Best[Vj] (j = 2, 7, 8)作对比，可发现，途经顶点V6到其它顶点的权值之和都是无穷 大，故所有的Best [Vj] (j = 2, 7, 8)及其对应的前向顶点都不更新。
[0079] 步骤10 :返回步骤2,比较S4集合中起始顶点V 4与当前集合V-S 4中所有顶点的权 值之和，可见，Best [V8] = 97最小，此时，V8# V 2，于是将顶点V8添加到集合S 4中，当前，S 4={V4, V1, V3, V5, V6, V8I 〇
[0080] 步骤11 :返回步骤3，计算当前54集合中起始顶点V 4途经顶点V 8时，到V-S 4集合 中各个顶点Vj的权值之和：Best [V 8]+W8j (j = 2, 7)，将其与原来不经过顶点V8的各个权值 之和Best[Vj] (j = 2, 7)作对比，可发现，途经顶点Vjlj V 2时有Best[V 8]+W82= 97+56 = 153,大于过去的 Best [V2] = 144,故 Best [V2]及 ROAD [V2]都不更新。
[0081] 而途经顶点V8到顶点V7的权值之和是无穷大，故Best [V7]及ROAD[V7]都不更新。
[0082] 步骤12 :返回步骤2,比较S4集合中起始顶点V4与当前集合V-S^所有顶点的权 值之和，可见，Best [V7] = 98最小，此时，V7# V 2，于是将顶点V7添加到集合S 4中，当前，S 4={V4, V1, V3, V5, V6, V7, V8I 〇
[0083] 步骤13 :返回步骤3，计算当前54集合中起始顶点V 4途经顶点V 7时，到V-S 4集合中 各个顶点Vj的权值之和：Best [V7]+W7j(j = 2)，将其与原来不经过顶点^的各个权值之和 Best [Vj] (j = 2)作对比，可发现，途经顶点V7到顶点V2的权值之和是无穷大，故Best [V2] 及ROAD [V2]都不更新。
[0084] 步骤14 :返回步骤2,比较S4集合中起始顶点V4与当前集合V-S^所有顶点的复 杂度权值之和，可见，Best [V2] = 144最小，此时，V2= V2。执行步骤4。
[0085] 步骤15 :即
【发明内容】
的步骤4,依次记录目标顶点V2，及由R0AD[V2]开始逆向回溯 的各个前向顶点，直至回溯到起始顶点V4为止（有：R0AD[V2] = V5- R0AD[V5] = V4)。
[0086] 则，所记录途径将依次为V2- V 5- V 4，其逆向过程：V4- V 5- V 2即为由V /变换到 %的最佳变换途径，算法结束。
[0087] 本发明所涉及的图论知识及编程方法均为本领域的公知性知识，不再赘述。
【主权项】
1. 一种变形机器人姿态变换最佳途径的确定方法，其特征在于，采取如下步骤： 第一步，确立变形机器人各种可能的变形姿态，并为其取一个对应图论顶点的名称代 号（i= 1，2, 3…，n)，同时，建立起表明各种姿态是否可以相互直接变换的顶点连通图； 第二步，确定各个顶点\(i= 1，2, 3…，n)间姿态变换复杂度权值的计算方法： 对于可直接变换或直接连通的顶点，各顶点间姿态变换的复杂度权值由关节的运动角 度及重心的偏移量两个因素来确定； 设变形机器人从某种姿态到另一种姿态变换时，相对于当前姿态，其4个大腿关节转 动的角度分别定义为0bl，0b2，0b3，0b4，对应的4个小腿关节运动角度分别定义为0sl， 9S2，9d，9S4,机器人主体重心的水平偏移分量为Xd，重心的垂直偏移分量为Yd，并且取 是水平方向上重心的最大偏移量，YdMax为垂直方向上重心的最大偏移量，则大腿关节平 均运动角度为： q -沒M+沒M+沒M+沒M (1) 同理，小腿关节平均运动角度为： q +dsl+^3 +^4 (2) _ 4 将变量0 ^卩0 3进行归一化处理，即使得数据处于〇到1之间；归一化处理的方法是： 将所得的％和9 3数值除以360度；再将重心水平和垂直偏移分量分别除以各方向上的最 大偏移量，同时，考虑垂直方向上重心上升或下降对电机的负荷不同，设定重心上升时\为 正，重心下落时Yd为负，那么，重心水平偏移的复杂度权值通过式表示，重心垂直偏移 的复杂度权值通过式表示，式中X是介于〇和Yd^/3之间的某个试验数值；再将机 1 d\Ia\ 身上升时的复杂度权值稍微调大，将下降时的复杂度权值稍微调小，然后将重心分量合成为矢暈n玍暈的椋可以写成，然后，根据变形时0b、0JPP对变形难易程度的影响和经验，确定它们各自在姿态变 换复杂度权值中所占的比重，分别用常数Wpw2、w3表示，其中Wpw2、w3符合的规 律，最后为了使计算机可以准确快速地处理数据，可将计算出的姿态变换的复杂度权值放 大100倍并取整，使其处于合理的整数范围内； 这样，各种姿态之间变换的复杂度权值计算公式即可写为：当机身参数一定时，就可由此获得各顶点间不同的姿态变换复杂度权值；上述的姿态 变换复杂度权值代表了机器人从一种姿态变换到另一种姿态时的难易程度，权值越低，姿 态之间的变换越容易，反之，则越难； 对于不可直接连通顶点间的权值以无穷大符号 表示； 第三步，建立各顶点Vi(i= 1，2, 3…，n)间的权值矩阵 把第二步计算方法得出各顶点间的权值，用分别表示由顶点V1直接变换到顶点 时的权值，此时，会有对角线上i=j的权值1」=0 ;据此建立一个具有iXj(此处，i= j)个元素的权值矩阵W:第四步，确定权值最小的变换途径 首先，设定V为可连通姿态变换图中所有顶点Vji= 1，2,3…，n)的集合；设定Si为V-个动态子集，Si集合用来在遍历循环中不断地加入这样一些顶点：以某Vji= 1，2, 3…，n)为起始顶点时，采用遍历方法搜索其到达当前V-Si集合中各顶点的权值之和为 最小的途径，并且用变量Best[Vj](j= 1，2,3…，n)专门记录当前可搜索到的从起始顶点 V/变换到任意一顶点^的最佳姿态变换途径的权值之和；同时用变量R0AD[VJ专门记录顶 点Vj在其当前最佳姿态变换途径中对应的前一个顶点，记为ROAD[V」]="前向顶点"，将各 个Best[Vj](j= 1，2,3…，n)相互比较后，选出具有最小权值之和的那个顶点Va，每次，将 这样一个^放入51集合中； 然后，计算权值最小的变换途径，计算过程如下： 步骤1、初始化：确定起始顶点Vi(i= 1，2, ，n)，和目标顶点Vmd(end= 1，2, ???，!〇,将起始顶点Vi放入Si集合中，此时，Si= {Vj，并且将顶点乂1与￥集合中 每个顶点之间的权值各自放入Best[Vj(j= 1，2, 3…，n)之中，作为起始顶点当前与各顶 点之间最小的权值之和，此时有，Best[Vj=Wu，同时将其各自对应的前向顶点设为起始顶 点，即ROAD%] =Vjj=l，2,3...，n); 步骤2、比较当前Si集合中起始顶点Vi与当前V-Si集合中所有顶点之间的变换途径， 选出各个权值之和为最小的变换途径所对应的V-Si集合中的顶点Va，Va所对应变换途径的 权值之和应为Best[VJ; 若Va#Vmd，则将顶点Va加入到当前Si集合中，表示SSi=SiU{Va}; 若va=vend，执行步骤4 ; 步骤3、计算当前51集合中起始顶点V1途经顶点V3时，到V-S1集合中各个顶点Vj(j=1，2,3…，n)的途径权值之和：Best[Va]+Waj，将其与原来不经过顶点^的各个权值之和 Best[V」]作对比，若对其中的某些顶点V」存在：(Best[VJ+Waj)〈Best[V」]，则更新其对应的 最小权值为Best[Vj] =Best[VJ+Waj，相应更新Vj对应的前向顶点为ROAD[V」]=Va，否则 都不更新； 返回步骤2,继续执行； 步骤4、依次记录目标顶点Vmd，及由R0AD[Vmd]开始逆向回溯的各个前向顶点，直至R〇AD[Vj]为起始顶点\为止，所记录途径的逆向过程，即为由起始顶点变换到目标顶点的 最佳变换途径，算法结束。
【专利摘要】本发明公开了一种变形机器人姿态变换最佳途径的确定方法，它在变形机器人的姿态控制上引入了图论理论，将姿态变换问题转化为图论相关问题，这样，变形机器人就可按照姿态变形复杂度权值最小原则，当求出最佳姿态变换途径之后，控制系统就可以给变形机器人各关节的电机发送相应的驱动命令，使得变形机器人能够按照最佳变换途径依次变换其关节转角，实现其姿态的合理顺序变形，实现其不同姿态间的相互转换，针对不同环境情况，可以稳定、高效、合理地实现变形机器人的姿态变换，使其具有很好的环境适应性。
【IPC分类】B62D57/02
【公开号】CN104943762
【申请号】CN201510387024
【发明人】樊炳辉, 吕鹏, 王传江, 陈毕胜, 刘浩, 王鑫, 张坤
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月30日