[發明專利]四足機器人平面全向運動設計方法

無效

• 申請號: 201110455350.3
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103186139A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 于忠清;張佳;張磊;朱雪生;孫青峰
• 申請（專利權）人: 青島海爾軟件有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機器人運動的設計方法。

背景技術

現有技術中的。

發明內容

本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種四足機器人平面全向運動設計方法，其對于工程機械在復雜的工作地形下穩定的完成預定目標的移動以及很好的適應地形有一定的指導意義。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：其包括如下步驟

(A)四足機器人機構數學模型建立；

(B)基本步態設計；

(C)全向運動設計。

本發明方法以如下的四足機器人模型以及其相應的坐標系的基礎上設計了一系列至少有三只腳作為支持腳的四足機器人行走的方法，包括直行的爬行步態，圍繞某一圓心可以旋轉的旋轉步態，并且分情況給出了爬行步態和旋轉步態之間相互切換的方法，這套行走的方法使得四足機器人可以根據目標方向的變化而靈活、穩定、標準的調整方向，從而能夠實現通過交替切換步態在2維平面上的全方向移動。這種方法對于工程機械在復雜的工作地形下穩定的完成預定目標的移動以及很好的適應地形有一定的指導意義。

附圖說明

圖1為本發明的四足機器人TITAN-VIII圖；

圖2為本發明的以四足機器人為模型建立坐標系；

圖3腳可移動范圍；

圖4爬行步態(crawl?gait)和旋轉步態(rotation?gait)；

圖5旋轉中心運動方式；

圖6旋轉中心位置和步態選擇對應圖；

圖7旋轉步態的穩定裕度邊界圖；

圖8腳移動范圍圖圖；

圖9四足機器人腳基本位置傾斜角示意圖；

圖10基本步態的CFP點設置；

圖11爬行步態到爬行步態Case1；

圖12爬行步態到爬行步態Case2；

圖13爬行步態到旋轉步態Case1；

圖14爬行步態到旋轉步態Case2；

圖15旋轉步態到旋轉步態的步態切換。

具體實施方式

本發明的方法包括如下步驟

(A)四足機器人機構數學模型建立；

(B)基本步態設計；

(C)全向運動設計。

1.四足機器人機構數學模型建立

本部分介紹四足機器人坐標系的建立、四足機器人姿態與腳終端位置的轉換和終端腳三維空間下的運動范圍，為四足機器人行走規劃提供機器人機構方面的支持。

1.1模型及坐標系介紹

在上述坐標系圖2中，設定四足機器人的左前，左后，右后，右前腿為leg1，leg2，leg3，leg4，并設置機體坐標系，坐標系的原點為重心(COG)，X軸為機器人運動的方向，Y軸為由機體右側指向左側的方向，Z軸為機體由底部豎直向上的方向。中機器人的姿態為初始姿態，各腳的位置為腳的基準位置(C₁，C₂，C₃，C₄)，重心在水平面的投影點落在四腳構成的長方形的對角線的交點。

1.2四足機器人姿態以及終端腳位置的相互轉換

從圖2中可以看到四足機器人的每個可以運動的足和機器人本體之間的連接關系，整個機器足包括三個關節，第一個關節為本體和機器足的連接，能夠完成繞連接點的XY平面方向的圓周運動，第一個關節到第二個關節的長度為l1，第二個關節能夠完成繞關節點的YZ平面方向的圓周運動，第二個關節到第三個關節之間的長度為l2，第三個關節能夠完成繞關節點的YZ平面方向的圓周運動，第三個關節到機器足腳尖之間的長度為l3，受整個機器足三個關節的帶動，四足機器人的腳可以完成XYZ三維空間中一定范圍的運動。

我們可以根據每個關節的角度θ_i(三個關節，i＝1，2，3)，b_i為相應關節的位置，p_i為第i個關節終端的位置，為第i個關節終端的速度，根據設定的機體坐標系，得到各腳的關節角度和姿態的一階微分式如下：

P_i＝b_i+f_i(θ_i)????(1-1)