[發明專利]一種實時模擬四足動物運動的方法和系統

在審

• 申請號: 202011244396.6
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112363523A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京中科深智科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種實時模擬四足動物運動的方法和系統，方法包括：通過步態控制器確立四足動物的腿部間及脊柱關節間的相對時序關系，并根據四足動物的腿部及脊柱關節的運動特點構建出控制器模型；將控制器模型的輸出信號通過映射變換構建出四足動物的足端運動軌跡模型和脊柱關節運動模型，將足端運動軌跡模型和脊柱關節運動模型的輸出作為四足動物的運動控制信號來驅動四足動物；對四足動物的運動狀態進行實時監測，步態控制器根據監測信息調整控制器模型的模型參數，以修正四足動物的運動姿態和足端軌跡。本發明可根據監測到的路面狀態實時調整四足動物的運動姿態和運動軌跡，使得四足動物具備更強的地形適應能力。

技術領域

本發明涉及運動模擬技術領域，具體涉及一種實時模擬四足動物運動的方法和系統。

背景技術

相比于傳統的輪式和履帶式移動機器人，四足機器人在復雜地形上運動具有更強的適應能力，可適用于電力巡檢、災后救援等領域。目前對于四足機器人運動的模擬研究主要集中在如何確保四足機器人在運動過程中的四足協調性和軀體平衡性，以使得四足機器人作出的模擬運動更加逼真、自然，更加接近真實的四足動物的運動姿態。但當四足機器人在運動過程中遇到障礙物需要避障或者地面上出現凹坑需要控制腿部收縮以不陷入凹坑中時，需要及時調整四足機器人的運動控制參數，以及時修正或調整機器人的運動姿態，越過障礙物，排除路面異常狀況，并保持運動姿態平衡，但目前對于如何實現對四足機器人的運動狀態的實時監測，并根據監測信息及時調整運動控制參數，驅動機器人改變運動姿態，確保運動順暢、姿態平衡的研究很少，而且真實的四足動物為脊柱型的柔性動物，但現有的對于控制四足機器人運動的研究主要集中在剛性的四足機器人中，沒有考慮到脊柱關節在運動過程中的變化對于軀體姿態的影響，導致四足機器人運動不自然，不夠真實、逼真。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時模擬四足動物運動的方法和系統，以解決上述技術問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

提供一種實時模擬四足動物運動的方法，包括如下步驟：

1)通過步態控制器確立四足動物的腿部間及脊柱關節間的相對時序關系，并根據四足動物的腿部及脊柱關節的運動特點構建出控制器模型；

2)將控制器模型的輸出信號通過映射變換構建出四足動物的足端運動軌跡模型和脊柱關節運動模型，將足端運動軌跡模型的輸出作為四足動物的步態控制信號，將脊柱關節運動模型的輸出作為四足動物的脊柱運動控制信號來驅動四足動物；

3)對四足動物的運動狀態進行實時監測，所述步態控制器根據監測信息臨時調整所述控制器模型的模型參數，以修正四足動物的運動姿態和足端軌跡，并在修正完成后重新控制四足動物恢復到原先規劃的運動軌跡。

優選地，對四足動物運動狀態的監測包括對四足動物足端與水平地面間的傾角的實時監測，捆綁在四足動物足端的角度傳感器實時監測四足動物足端與水平地面間的傾角，并在足端傾角大于一傾角閾值時，判定四足動物當前運動狀態異常并生成異常信息發送給所述步態控制器，

所述步態控制器根據接收到的所述異常信息調整所述控制器模型的模型參數，以改變所述控制器模型的輸出信號，進而修正四足動物的足端軌跡，并在修正完成后控制四足動物重新恢復到原先規劃的足端運動軌跡。

優選地，對四足動物運動狀態的監測包括對四足動物是否發生碰撞的實時檢測，當捆綁在四足動物足端的足端力傳感器檢測到四足動物發生碰撞時，所述足端力傳感器向所述步態控制器發送碰撞信息，所述步態控制器根據接收到的碰撞信息調整腿部關節的運動參數，并通過所述控制器模型修正四足動物的腿部運動姿態以越過障礙物。