[發明專利]一種六足機器人節律步態足端軌跡的規劃方法

有效

• 申請號: 202011435802.7
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112697149B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 周翔;高勇;魏武;蔡中斌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G06F17/11
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種六足機器人節律步態足端軌跡的規劃方法，所述方法包括如下步驟：根據三種節律步態類型確定占地系數、一個步態周期內的擺動周期數；規劃節律步態的行走步幅與單步步長；規劃基于三角函數與S型函數的六足機器人足端運動軌跡插值函數；規劃擺動相與支撐相的瞬時步長插值函數表達式；求解六足機器人足端相對機體系的瞬時坐標。本發明所述的節律步態足端軌跡規劃方法，參數可以實時調整，能夠得到平滑的足端運動軌跡，適用于六足機器人在不同地形下的節律步態的全方位運動。

技術領域

本發明涉及機器人運動規劃領域，具體涉及一種六足機器人節律步態足端軌跡的規劃方法。

背景技術

在移動機器人領域，足式機器人相較于傳統的輪式機器人和履帶式機器人，通過離散的落足步態保證了可在非連續的不規則地形中穩定移動，并且多自由度的單腿支鏈保證了運動的多樣性與靈活性，可以更好的適應地形的起伏變化。六足機器人作為足式機器人的代表之一，相對于雙足機器人和四足機器人，因有更多的單腿支鏈，在運動時可使用靜態平衡步態，而不需要復雜的動態平衡控制，在穩定性上更勝一籌；相對于八足機器人，因結構更為簡單，腿間干涉影響更小，具有更好的步態靈活性。因此，六足機器人被廣泛應用在復雜的非結構化地形的工作場景，如洞穴探索、星球探測、戰場偵查等。

規劃具有高度適應性與靈活性的六足機器人步態是現今研究六足機器人的主要問題。足式機器人的步態規劃中可分為兩大部分，一是各腿的擺動規則規劃，二是足端的軌跡規劃。在足端軌跡規劃中，目前常用的為三次樣條擬合法和五次樣條擬合法，例如在專利文件《一種規劃四足機器人足端擺動軌跡的方法》中使用了三次樣條擬合法進行足端軌跡擬合。三次樣條擬合法存在如下問題：一是速度與加速度曲線不平滑，甚至可能出現加速度突變情況，對于關節型機器人會造成不靈影響；二是需要設置多個中間路徑點，并確定多條約束關系式，計算量大。五次樣條插值法雖然保證了速度的連續性，但存在需確定的約束式更多、參數更多、計算量更為繁雜的不足之處。因此，本發明旨在提出一種具有物理意義明確、計算簡單、參數可調的節律步態足端軌跡規劃方法，設計出一種具有位置、速度、加速度均平滑變化，且可減少足力沖擊的足端軌跡。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種六足機器人節律步態足端軌跡的規劃方法，以實現六足機器人足端的平滑運動。

本發明通過以下的技術方案實現。

一種六足機器人節律步態足端軌跡的規劃方法，包括步驟：

S1、根據三種節律步態類型確定占地系數、一個步態周期內的擺動周期數；

S2、規劃節律步態的行走步幅與單步步長；

S3、規劃基于三角函數與S型函數的六足機器人足端運動軌跡插值函數；

S4、規劃擺動相與支撐相的瞬時步長插值函數表達式；

S5、求解六足機器人足端相對機體系的瞬時坐標。

優選的，所述步驟S1中，對于節律步態，一個擺動周期中有n條腿同時擺動，則占地系數表示為：δ＝1-n/6，一個步態周期內的擺動周期數表示為：m＝6/n。

優選的，所述步驟S2中，行走步幅S為六足機器人完成一次步態周期的機體質心的位置變化，定義行走步幅S由三個分量構成，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軸的旋轉步幅。

優選的，所述步驟S2中，單步步長為六足機器人完成一個擺動周期后足端相對于機體質心基坐標系的位置變化，支撐相對于機身質心的位置變化會驅動機體發生位移，則支撐相的單步步長表示為：-S/m＝-(1-δ)S。