[發(fā)明專利]提高仿生機(jī)械恐龍爬行穩(wěn)定性的步態(tài)規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210301779.1
• 申請(qǐng)日: 2012-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102830717A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓曉建;周春;孫宇;方書(shū)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科宇博（北京）文化有限公司
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12
• 代理公司: 北京捷誠(chéng)信通專利事務(wù)所(普通合伙) 11221
• 代理人: 王衛(wèi)東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及四足機(jī)器人，具體涉及提高仿生機(jī)械恐龍爬行穩(wěn)定性的步態(tài)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)是近幾十年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一門高新技術(shù)，它綜合了機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，是機(jī)電一體化技術(shù)的典型載體。大型四足仿生機(jī)械恐龍是四足步行機(jī)器人的一種重要應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于娛樂(lè)、影視等領(lǐng)域。

眾所周知，行走的穩(wěn)定性是四足步行機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，控制四足步行機(jī)器人行走穩(wěn)定性的基礎(chǔ)是步態(tài)規(guī)劃。為此，眾多的研究機(jī)構(gòu)都對(duì)四足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃展開(kāi)了研究，然而，這些研究課題的研究對(duì)象都是小型四足步行機(jī)器人，在進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃時(shí)，主要考慮的是腿部各關(guān)節(jié)變化對(duì)整體穩(wěn)定性的影響。因此，這些步態(tài)規(guī)劃應(yīng)用到大型四足仿生機(jī)械恐龍時(shí)具有一定的局限性。主要原因在于：

（1）大型四足仿生機(jī)械恐龍尺寸大、質(zhì)量重，且質(zhì)量分布較為離散；

（2）大型四足仿生機(jī)械恐龍的腿部和首、尾質(zhì)量相對(duì)較大，而現(xiàn)有針對(duì)小型四足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃中并沒(méi)有考慮首、尾質(zhì)量的影響。

有鑒于此，對(duì)于大型四足仿生機(jī)械恐龍而言，必須結(jié)合其腿部和首尾的運(yùn)動(dòng)對(duì)重心的影響對(duì)爬行步態(tài)進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計(jì)，以提高大型四足仿生機(jī)械恐龍的行走穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決如何提高大型四足仿生機(jī)械恐龍的行走穩(wěn)定性的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種提高仿生機(jī)械恐龍爬行穩(wěn)定性的步態(tài)規(guī)劃方法，一個(gè)爬行周期的步態(tài)規(guī)劃如下：

（1）下蹲，四腿彎曲形成所述特定的腿部初始姿態(tài)；

（2）身體右傾，并向右擺尾，使整體重心右移至左后腿、右前腿、右后腿立足點(diǎn)所構(gòu)成的三角形區(qū)域內(nèi)；

（3）邁左前腿，使整體重心前移并維持在左前腿、右前腿、右后腿立足點(diǎn)所構(gòu)成的三角形區(qū)域內(nèi)；

（4）邁左后腿，使整體重心前移至左前腿、左后腿、右前腿、右后腿立足點(diǎn)所構(gòu)成的四邊形區(qū)域內(nèi)；

（5）身體左傾，并向左擺尾，使整體重心左移至左前腿、左后腿、右前腿立足點(diǎn)所構(gòu)成的三角形區(qū)域內(nèi)；

（6）邁右后腿，使整體重心前移至左前腿、左后腿、右后腿立足點(diǎn)所構(gòu)成的三角形區(qū)域內(nèi)；

（7）邁右前腿，使整體重心前移至左前腿、左后腿、右前腿、右后腿立足點(diǎn)所構(gòu)成的四邊形區(qū)域內(nèi)；

（8）身體右傾，使整體重心恢復(fù)至左前腿、左后腿、右前腿、右后腿立足點(diǎn)所構(gòu)成的四邊形區(qū)域的幾何中心位置。

在上述方法中，前進(jìn)爬行步態(tài)的腿部初始姿態(tài)為：仿生機(jī)械恐龍的四條腿同時(shí)下蹲，膝關(guān)節(jié)均前屈相同的角度，且θ_T＝-38°，θ_S＝55°；

θ_T：大腿與豎直方向的夾角；

θ_S：小腿與大腿延長(zhǎng)線之間的夾角。

在上述方法中，在前進(jìn)爬行步態(tài)中，任一條腿的足底運(yùn)動(dòng)軌跡滿足以下條件：

x＝-L_Tsin(θ_T)-L_Ssin(θ_T+θ_S)；

y＝-L_Tcos(θ_T)-L_Scos(θ_T+θ_S)；

式中：

L_T：大腿長(zhǎng)度；

L_S：小腿長(zhǎng)度；

θ_T：大腿與豎直方向的夾角；

θ_S：小腿與大腿延長(zhǎng)線之間的夾角。

在上述方法中，任一條腿的邁腿過(guò)程中，

大腿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ_T滿足以下條件：

t=0.00～0.15秒時(shí)，θ_T＝-1.39t^2-0.17；

t=0.15～1.17秒時(shí)，θ_T＝-0.42t-0.14；

t=1.17～1.32秒時(shí)，θ_T＝1.39t²-3.67t+1.75；

t=1.32～1.47秒時(shí)，θ_T＝--0.66；

t=1.47～1.98秒時(shí)，θ_T＝-0.66；

t=1.98～2.13秒時(shí)，θ_T＝1.39t²-5.53t+4.83；