[發(fā)明專(zhuān)利]一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011435802.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112697149B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周翔;高勇;魏武;蔡中斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/20
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/20;G06F17/11
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

1.一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，包括步驟：

S1、根據(jù)三種節(jié)律步態(tài)類(lèi)型確定占地系數(shù)、一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)的擺動(dòng)周期數(shù)；

S2、規(guī)劃節(jié)律步態(tài)的行走步幅與單步步長(zhǎng)；

S3、規(guī)劃基于三角函數(shù)與S型函數(shù)的六足機(jī)器人足端運(yùn)動(dòng)軌跡插值函數(shù)，在單擺動(dòng)周期中，規(guī)劃足端相對(duì)于基坐標(biāo)系x軸與y軸方向上的位置變化采用S型(Sigmoid)函數(shù)作為插值函數(shù)，表示為：

其中，exp(·)表示指數(shù)積函數(shù)；k表示單擺動(dòng)周期內(nèi)第k個(gè)插值點(diǎn)；N表示單擺動(dòng)周期的插值點(diǎn)總數(shù)；T表示單擺動(dòng)周期的時(shí)長(zhǎng)；C₁與C₂為可調(diào)曲線參數(shù)；

規(guī)劃足端相對(duì)于基坐標(biāo)系z(mì)軸方向上的位置變化采用三角函數(shù)作為插值函數(shù)，表示為：

S4、規(guī)劃擺動(dòng)相與支撐相的瞬時(shí)步長(zhǎng)插值函數(shù)表達(dá)式，規(guī)劃足端相對(duì)于基坐標(biāo)系x軸與y軸方向上的瞬時(shí)步長(zhǎng)插值函數(shù)表達(dá)式為：

其中δ為占地系數(shù)，f(k)為插值函數(shù)，d′為上一個(gè)擺動(dòng)周期結(jié)束時(shí)的瞬時(shí)步長(zhǎng)的值，若為初始周期則等于0；

規(guī)劃足端相對(duì)于基坐標(biāo)系z(mì)軸方向上的瞬時(shí)步長(zhǎng)插值函數(shù)表達(dá)式為：

其中，H表示期望的足端抬起高度；

S5、求解六足機(jī)器人足端相對(duì)機(jī)體系的瞬時(shí)坐標(biāo)：設(shè)(x₀,y₀,z₀)為足端相對(duì)于機(jī)體質(zhì)心基坐標(biāo)系的初始坐標(biāo)，因行走步幅S存在分量繞z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)步幅θ_s，機(jī)體的旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致足端位置發(fā)生改變，通過(guò)左乘旋轉(zhuǎn)矩陣求得旋轉(zhuǎn)變化位姿，表示為：

其中，Δθ＝θ_s·d(k)，表示瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S1中，對(duì)于節(jié)律步態(tài)，一個(gè)擺動(dòng)周期中有n條腿同時(shí)擺動(dòng)，則占地系數(shù)表示為：δ＝1-n/6，一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)的擺動(dòng)周期數(shù)表示為：m＝6/n。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S2中，行走步幅S為六足機(jī)器人完成一次步態(tài)周期的機(jī)體質(zhì)心的位置變化，定義行走步幅S由三個(gè)分量構(gòu)成，表示為(x_s,y_s,θ_s)，其中，分量x_s、y_s分別代表沿x軸、y軸的平移步幅，分量θ_s代表繞z軸的旋轉(zhuǎn)步幅。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S2中，單步步長(zhǎng)為六足機(jī)器人完成一個(gè)擺動(dòng)周期后足端相對(duì)于機(jī)體質(zhì)心基坐標(biāo)系的位置變化，支撐相對(duì)于機(jī)身質(zhì)心的位置變化會(huì)驅(qū)動(dòng)機(jī)體發(fā)生位移，則支撐相的單步步長(zhǎng)表示為：-S/m＝-(1-δ)S。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S2中，設(shè)定一個(gè)步態(tài)周期結(jié)束后六足機(jī)器人回到初始位姿，則擺動(dòng)相的單步步長(zhǎng)表示為：(m-1)(1-δ)S＝δS。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S5中，根據(jù)行走步幅S分別代表沿x軸、y軸的平移步幅分量x_s、y_s，確定平移變化位姿為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)足端軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S5中，在單擺動(dòng)周期中，足端相對(duì)于機(jī)體質(zhì)心基坐標(biāo)系的瞬時(shí)坐標(biāo)表示為：

確定足端相對(duì)于機(jī)體質(zhì)心基坐標(biāo)系的瞬時(shí)坐標(biāo)(x,y,z)表達(dá)式后，構(gòu)成三維空間中的六足機(jī)器人節(jié)律步態(tài)的足端軌跡。