[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)交互式四足機(jī)器人多步態(tài)動(dòng)力學(xué)建模方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710325053.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN107256284B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許鵬;蘇波;江磊;姚其昌;黨睿娜;許威;蔣云峰;慕林棟;降晨星;鄧秦丹;康祖銘;楊超寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國北方車輛研究所
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 周恒

本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)交互式四足機(jī)器人多步態(tài)動(dòng)力學(xué)建模方法及系統(tǒng)，構(gòu)建四足機(jī)器人的多步態(tài)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、四足機(jī)器人和地形的圖形可視化模型；所述多步態(tài)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)與所述四足機(jī)器人和地形的圖形可視化模型之間采用多線程通信進(jìn)行信息傳輸。本發(fā)明基于Vortex動(dòng)力學(xué)引擎進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)解算，基于UDP協(xié)議通過客戶端?服務(wù)端通信的方式實(shí)時(shí)向圖形引擎任務(wù)傳輸機(jī)器人的狀態(tài)信息，進(jìn)行平臺(tái)可視化分析，完成多步態(tài)模型嵌入的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的建模。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)交互式四足機(jī)器人多步態(tài)動(dòng)力學(xué)建模方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模方法為手動(dòng)推導(dǎo)計(jì)算以及采用動(dòng)力學(xué)軟件求解，前者對(duì)于簡(jiǎn)單的機(jī)器人系統(tǒng)可行，但對(duì)于復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，構(gòu)建的動(dòng)力學(xué)方程很復(fù)雜，很難獲得正確的解析解；采用動(dòng)力學(xué)軟件建模相對(duì)容易。目前四足機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模主要采用ADAMS、RECURDYN等動(dòng)力學(xué)軟件建模以及ODE等一些開源的動(dòng)力學(xué)引擎，前者建模方法雖然精度高，但是計(jì)算很復(fù)雜，很難保證控制的實(shí)時(shí)性，因此很難匹配實(shí)際樣機(jī)的控制參數(shù)矯正要求，并且可拓展性較差，不便于二次開發(fā)；后者雖然可拓展性較強(qiáng)，但動(dòng)力學(xué)高計(jì)算精確度與高實(shí)時(shí)性兼?zhèn)涞牟粔蛲怀觥?/p>

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)交互式四足機(jī)器人多步態(tài)動(dòng)力學(xué)建模方法及系統(tǒng)，基于Vortex動(dòng)力學(xué)引擎進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)解算，充分利用Vortex高精確度、高實(shí)時(shí)交互、高拓展性的優(yōu)質(zhì)建模特性，解算周期采用系統(tǒng)時(shí)鐘頻率實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，基于UDP(User Datagram Protocol)協(xié)議通過客戶端-服務(wù)端通信的方式實(shí)時(shí)向圖形引擎任務(wù)傳輸機(jī)器人的狀態(tài)信息，進(jìn)行平臺(tái)可視化分析，完成多步態(tài)模型嵌入的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的建模。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種實(shí)時(shí)交互式四足機(jī)器人多步態(tài)動(dòng)力學(xué)建模方法，其改進(jìn)之處在于：

構(gòu)建四足機(jī)器人的多步態(tài)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、四足機(jī)器人和地形的圖形可視化模型；

所述多步態(tài)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)與所述四足機(jī)器人和地形的圖形可視化模型之間采用多線程通信進(jìn)行信息傳輸。

進(jìn)一步地：所述構(gòu)建四足機(jī)器人的多步態(tài)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，包括：

構(gòu)建四足機(jī)器人單腿模型；

基于Vortex搭建四足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型及地形動(dòng)力學(xué)模型；

建立關(guān)節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)控制模型產(chǎn)生的期望動(dòng)力學(xué)行為。

進(jìn)一步地：所述構(gòu)建四足機(jī)器人單腿模型包括：

構(gòu)建單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，包括腿部正運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)；

根據(jù)單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，計(jì)算腿部關(guān)節(jié)力雅可比矩陣J；

采用拉格朗日法構(gòu)建無外力作用下的關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)模型；

將足端力向關(guān)節(jié)映射的力矩融入關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)模型；

優(yōu)選的，所述腿部正運(yùn)動(dòng)學(xué)公式為：

腿部逆運(yùn)動(dòng)學(xué)公式為：

θ₁＝atan2(p_y,p_x)

腿部正運(yùn)動(dòng)學(xué)是獲得足部坐標(biāo)系相對(duì)于髖關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的齊次變換矩陣T，足部坐標(biāo)系指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸z4所在的坐標(biāo)系，髖關(guān)節(jié)坐標(biāo)系指的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸z1所在的坐標(biāo)系；

腿部逆運(yùn)動(dòng)學(xué)是由足部相對(duì)髖關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的位置p＝(p_x,p_y,p_z)求解關(guān)節(jié)角度；