[發明專利]一種基于正弦對角步態與快速查表法的四足機器人運動控制方法及控制裝置

有效

• 申請號: 201710295191.2
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107045552B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 孫濤;靳欣;李凡冰
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G06F16/24
• 分類號: G06F16/24;B25J9/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

本發明涉及一種基于正弦對角步態與快速查表法的四足機器人運動控制方法及控制裝置，包括：(1)結合對角步態，分析四足機器人腿部結構，建立四足機器人腿部運動數學模型；采用新型正弦步態；(2)通過求解非線性方程組得到四肢各個關節的控制率；建立一種專門面向機器人運動控制的數據庫，通過快速查表法得到精確的關節開合角度，快速準確地實現足端軌跡控制。(3)設計足端軌跡控制單元與轉向控制單元，以便接入其他控制系統。在通過性上，設計并采用了一種新型正弦步態，使機器人在面對復雜地形時擁有高通過性。在運行穩定性上，邁步周期截止時，擺動相水平速度為零，因此具有較高的穩定性。采用查表法進行足端軌跡控制快速、準確、穩定。

技術領域

本發明涉及一種機器人運動控制方法，具體涉及一種基于正弦對角步態與快速查表法的四足機器人運動控制方法及控制裝置。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展，機器人技術得到了突飛猛進的發展。機器人可以在遠離人類的情況下，快速精準地完成高精度的工作。可廣泛應用于搶險救災、星球探測、軍事排雷等不適宜人類生存的環境當中。而足式機器人相對于輪式或履帶式機器人在非結構環境中運動具有一定的優越性。在多足步行機器人中，四足機器人結構簡單，且運動穩定，在足式機器人中有著最廣泛的研究與應用。但四足機器人的運動過程是一個多連桿、強耦合、時變的非線性系統，因此四足機器人的運動控制十分復雜。現有方法多為基于轉矩控制的四足機器人步態控制方法，只能對機器人進行固定步長，固定轉彎半徑的運動控制。無法根據要求隨意改變步長與轉彎半徑。

中國專利文獻CN104267720A公開了一種四足仿生機器人的自由步態生成方法，是將四足機器人的整個自由步態按運動周期進行規劃，每個運動周期分為四足支撐階段和邁步階段；在四足支撐階段，機器人的四只足均處于支撐相，機器人的重心沿前進方向和前進方向的側方向移動，在前進方向上，機器人移動當前狀態允許的最大前進距離，在側方向上，同時兼顧機器人的穩定性以及能量消耗確定移動距離；在邁步階段，機器人的一只足處于擺動相，其余三只足處于支撐相；當某個運動周期中的擺動足接觸地面時，機器人將進行下一個運動周期的運動規劃。但是，該專利存在以下缺陷：計算成本較高，足端滑動易造成擾動，抗干擾能力差。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于正弦對角步態與快速查表法的四足機器人運動控制方法。

本發明還提供了上述基于正弦對角步態與快速查表法的四足機器人運動控制裝置；

本發明通過分析機器人運動機理，得到四足機器人腿部運動數學模型。并在此基礎上，設計并采用了一種新型正弦對角步態。與此同時，設計了一種專門面向四足機器人運動控制的數據庫，能夠通過快速查表法得到四足機器人的控制率。最終，設計出足端軌跡控制單元與轉向控制單元以便接入其他系統?？傊景l明能夠較好地實現機器人在邁步周期內的運動控制，具有廣泛的應用價值與研究意義。

本發明的技術方案為：

一種基于正弦對角步態與快速查表法的四足機器人運動控制方法，四足機器人包括軀干以及與所述軀干連接的四條腿，在四足機器人的一個邁步周期中，在同一對角線上的兩條腿以相同運動方式擺動，支撐軀干并推動軀干前進的兩條腿稱為支撐相，而按照事先設定軌跡進行擺動的另一對角線上的兩條腿稱為擺動相，包括步驟如下：

(1)通過分析四足機器人腿部結構，構建四足機器人腿部運動數學模型，包括四足機器人足端位置模型：

每條腿包括大腿、小腿；四足機器人的一個邁步周期包括一個支撐相、一個擺動相，軀干坐標系中，x軸表示足端在水平方向上的位移，y軸代表足端高度，原點o為腿髖關節在地面上的投影點，軀干坐標系下足端位置模型如式(Ⅰ)所示：