[發明專利]一種四足機器人姿態控制方法和裝置

有效

• 申請號: 202010125693.2
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111309039B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 儲振;李超;朱秋國
• 申請（專利權）人: 杭州云深處科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

1.一種四足機器人姿態控制方法，其特征在于，包括：

根據機器人腿與支撐平面的接觸情況，通過機器人腿各關節在世界坐標系下的坐標，計算當前時刻支撐平面在世界坐標系下的方程；

根據支撐面在世界坐標系下的方程，計算四足機器人姿態角的期望軌跡；

根據四足機器人姿態角的期望軌跡，求得各關節力矩，實現四足機器人的姿態控制；

其中，機器人腿與支撐平面的接觸情況分為以下幾種情況：三條腿接觸地面的情況、四條腿接觸地面的情況和少于三條腿接觸地面的情況；

針對三條腿接觸地面的情況，支撐平面在世界坐標系下的方程的系數矩陣可逆，直接計算出支撐平面在世界坐標系下的方程；

針對四條腿接觸地面的情況，支撐平面在世界坐標系下的方程是超定方程組，通過矩陣的偽逆求其最小二乘解，計算出的支撐平面是所有平面中距離四個接觸點誤差平方和最小的平面；

針對少于三條腿接觸地面的情況，其條件不足以確定一個平面，而是無數平面的集合，則需添加約束，取最近的支撐腿切換成擺動腿時的位置，補充條件至四條腿接觸地面的情況。

2.根據權利要求1所述的一種四足機器人姿態控制方法，其特征在于，機器人腿各關節在世界坐標系下的坐標，包括：

建立坐標系，通過IMU得到機器人在世界坐標系下的歐拉角，進而得到機器人坐標系到世界坐標系的變換矩陣；

通過機器人各關節編碼器和運動學分析，得到機器人各腿在世界坐標系下的坐標。

3.根據權利要求1所述的一種四足機器人姿態控制方法，其特征在于，根據支撐平面在世界坐標系下的方程，計算四足機器人姿態角的期望軌跡，包括：

根據支撐平面在世界坐標系下的方程，計算實時的機器人姿態角的期望值；

通過IMU得到機器人當前在世界坐標系下的實際姿態角；

根據四足機器人姿態角的期望值和當前實際的姿態角，規劃平滑曲線，獲得四足機器人姿態角的期望軌跡。

4.根據權利要求1所述的一種四足機器人姿態控制方法，其特征在于，根據四足機器人姿態角的期望軌跡，求得各關節力矩，包括：

根據四足機器人姿態角的期望軌跡，計算在世界坐標系下作用于質心的力和力矩；

通過解二次規劃問題實時計算各腿的接觸力，進而計算各關節力矩。

5.一種四足機器人姿態控制裝置，其特征在于，包括：

第一計算模塊，用于根據機器人腿與支撐平面的接觸情況，通過機器人腿各關節在世界坐標系下的坐標，計算當前時刻支撐平面在世界坐標系下的方程；

第二計算模塊，用于根據支撐面在世界坐標系下的方程，計算四足機器人姿態角的期望軌跡；

第三計算模塊，用于根據四足機器人姿態角的期望軌跡，求得各關節力矩，實現四足機器人的姿態控制；

其中，機器人腿與支撐平面的接觸情況分為以下幾種情況：三條腿接觸地面的情況、四條腿接觸地面的情況和少于三條腿接觸地面的情況；

針對三條腿接觸地面的情況，支撐平面在世界坐標系下的方程的系數矩陣可逆，直接計算出支撐平面在世界坐標系下的方程；

針對四條腿接觸地面的情況，支撐平面在世界坐標系下的方程是超定方程組，通過矩陣的偽逆求其最小二乘解，計算出的支撐平面是所有平面中距離四個接觸點誤差平方和最小的平面；

針對少于三條腿接觸地面的情況，其條件不足以確定一個平面，而是無數平面的集合，則需添加約束，取最近的支撐腿切換成擺動腿時的位置，補充條件至四條腿接觸地面的情況。

6.一種設備，包括存儲器、處理器，所述存儲器中存儲有可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述權利要求1至4任一項所述的一種四足機器人姿態控制方法。