[發明專利]四足機器人運動狀態聚類與自主決策方法

有效

• 申請號: 202011473046.7
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112571418B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 張帥帥;朱其剛;尹燕芳;劉明;榮學文;范永
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06K9/62
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所(普通合伙) 37224
• 代理人: 王書剛

一種四足機器人運動狀態聚類與自主決策方法，包括以下步驟：（1）記錄機器人各足邁步時對應的邁步時間序列進行時域特征提取，記錄機器人不同穩定狀態時對應的軀干橫滾角的變化，進行時域特征提取，并分別將其聚類；（3）建立四足機器人運動性能的綜合評價函數；（4）根據綜合評價函數，進行四足機器人通過復雜地形的實驗，得到機器人自主決策中的相關參數；（5）根據確定的自主決策中的相關參數及機器人運動過程中實時的邁步時間和軀干橫滾角信息實現控制參數的自主決策，自主生成與當前行走地形與機器人運動狀態相適應的運動。該方法綜合利用邁步時間和當前穩定性聚類分析結果，進行自主決策，實現四足機器人對地形的自適應性，保證控制的實時性。

技術領域

本發明涉及一種用于四足仿生機器人運動狀態聚類與自主決策的方法，能夠使四足仿生機器人在復雜度較高的地形上行走時，能夠根據自身運動狀態數據，對自身狀態進行聚類分析，并根據分析結果進行自主決策，以提高其自身狀態的地形適應性與自主性，屬于機器人控制領域。

背景技術

復雜地形環境具有突出的復雜多樣性，是造成四足機器人各種運動困難和遭遇險情的主要原因。準確地感知機器人在復雜地形上行走時的實時運動狀態，是制定符合當前運動狀態的控制策略，實現穩定行走的重要前提。

在四足機器人運動狀態感知的研究方面，“足式機器人本體運動狀態估計方法研究”(沈陽理工大學碩士學位論文,2014)主要針對四足機器人的本體運動狀態進行研究，提出了基于運動學模型的本體速度狀態計算方法，實現了對四足機器人本體速度狀態的感知；“四足仿生機器人狀態信息分布式并行感知系統設計”(中南大學碩士學位論文,2013)中研究了四足仿生機器人高實時性和可靠性的狀態感知系統設計方法以及狀態感知核心單元硬件的設計方法，分析了四足仿生機器人結構與狀態信息，建立了狀態感知系統結構，并給出了解決狀態感知實時性和可靠性問題的辦法；“Real-time foot attitudeestimation for a humanoid robot based on inertial sensors and force sensor”(Robotics and Biomimetics,2008.ROBIO 2008.IEEE International Conferenceon.IEEE,2009:365-370)中利用MEMS三軸加速度傳感器以及三個單軸的角速率陀螺儀得到相關信息,來實現雙足機器人足部姿態的實時感知。

目前，雖然部分成果對機器人的運動狀態感知方面開展了一定的研究，但是未能針對四足機器人在復雜地形上行走時，其自身運動狀態的典型特點，給出相匹配的運動狀態實時分析方法，且未對運動狀態分析的結果進行后續的深入分析，不能實現機器人對運動參數的自主決策。

發明內容

為解決現有技術存在的不能實現機器人對運動參數的自主決策的問題，本發明提供一種四足機器人在使用靜步態行走時，利用聚類算法對四足機器人運動狀態進行聚類分析并進而實現自主決策方法，以提高四足機器人在復雜、未知地形環境中的自主性與地形適應性。

本發明的四足機器人運動狀態聚類與自主決策方法，具體包括以下步驟：

(1)記錄機器人在具有不同崎嶇度的地形上行走過程中各足邁步時對應的邁步時間序列，對該序列進行時域特征提取，并根據所提取的時域信息使用模糊聚類方法，將其聚為3類；

(2)記錄機器人運動過程中具有不同穩定狀態時對應的軀干橫滾角的變化，進行時域特征提取，并根據所提取的時域信息使用模糊聚類方法，將其聚為3類；

(3)綜合機器人運動過程中的能耗、穩定性評價指標，建立四足機器人運動性能的綜合評價函數J(t)；

(4)根據綜合評價函數，在不同的邁步時間聚類和穩定性聚類狀態下分別進行四足機器人通過復雜地形的實驗，并分析實驗數據，得到機器人自主決策中的相關參數；