[發(fā)明專利]四足機(jī)器人在變剛度地形穩(wěn)定過(guò)渡的腿部主動(dòng)調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110199285.6
• 申請(qǐng)日: 2021-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN112987769B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉清宇;袁兵;劉帥;周詩(shī)洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅敏清

1.一種四足機(jī)器人在變剛度地形穩(wěn)定過(guò)渡的腿部主動(dòng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括如下方法：

S1：在四足機(jī)器人以對(duì)角步態(tài)著地時(shí)，對(duì)機(jī)器人在角步態(tài)下的機(jī)身姿態(tài)進(jìn)行分析并計(jì)算機(jī)身偏移角度，根據(jù)機(jī)器人機(jī)身偏移角度調(diào)整機(jī)器人對(duì)角腿的等效長(zhǎng)度，使得機(jī)身平衡；

S2：在機(jī)器人騰空狀態(tài)下，通過(guò)規(guī)劃騰空階段機(jī)器人的落足點(diǎn)位置來(lái)控制腿部的擺動(dòng)角度實(shí)現(xiàn)對(duì)前向速度控制；

S3：在機(jī)器人騰空著地時(shí)，將機(jī)器人對(duì)角腿的等效剛度補(bǔ)償?shù)酵炔康闹鲃?dòng)變剛度計(jì)算中以調(diào)節(jié)等效腿長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體俯仰姿態(tài)的糾正；

S4：對(duì)四足機(jī)器人著地相姿態(tài)反饋控制，實(shí)時(shí)得出機(jī)器人的機(jī)身變化，再根據(jù)機(jī)器人著地機(jī)身的變化實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人虛擬彈簧剛度變化，以獲取更好平衡效果；

S5：在機(jī)器人下一個(gè)跳躍周期開始通過(guò)增加機(jī)器人腿部電機(jī)功率為機(jī)器人的跳躍提供額外的能量補(bǔ)償。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人在變剛度地形穩(wěn)定過(guò)渡的腿部主動(dòng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟S1中，機(jī)器人機(jī)體上的角速度陀螺儀接收機(jī)身出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的信號(hào)，角速度陀螺儀根據(jù)接收到的偏轉(zhuǎn)信號(hào)改變自身的偏轉(zhuǎn)角速度，陀螺儀發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角速度w_c與機(jī)器人機(jī)身偏轉(zhuǎn)角度存在以下關(guān)系：

對(duì)角速度w_c求積分得出機(jī)體偏移角度θ_body，主控設(shè)備根據(jù)接收到的機(jī)體偏移角度θ_body和角速度w_c確定機(jī)器人腿部電機(jī)所需要的脈沖信號(hào)，通過(guò)脈沖信號(hào)數(shù)量，控制機(jī)器人腿部電機(jī)轉(zhuǎn)角大小，從而改變對(duì)角腿的等效長(zhǎng)度，使得機(jī)身平衡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人在變剛度地形穩(wěn)定過(guò)渡的腿部主動(dòng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟S2中，通過(guò)對(duì)騰空相落足點(diǎn)位置的規(guī)劃實(shí)現(xiàn)前向速度控制，其具體通過(guò)以下公式進(jìn)行控制：

式中，x_f，d為虛擬彈簧腿期望的前向落足點(diǎn)位置，是機(jī)身的實(shí)際水平速度，是機(jī)身的期望水平速度，K_p為反饋誤差增益，T_s是著地時(shí)間；

在四條腿的運(yùn)動(dòng)中引入狀態(tài)機(jī)判斷騰空位置并基于位置控制，通過(guò)多項(xiàng)式規(guī)劃腿部的擺動(dòng)角度，再利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解算得到相應(yīng)的各個(gè)期望關(guān)節(jié)角度，通過(guò)與實(shí)時(shí)的關(guān)節(jié)角比較，將差值經(jīng)過(guò)PD控制器轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)力矩用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)以使得其中一對(duì)對(duì)角腿按合適的觸地角著地，使機(jī)器人獲得合適的凈向前加速度，機(jī)身加速或者減速，達(dá)到期望的水平速度值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四足機(jī)器人在變剛度地形穩(wěn)定過(guò)渡的腿部主動(dòng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟S2中，具體采用以下格式利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解算得到相應(yīng)的各個(gè)期望關(guān)節(jié)角度：

式中，L₀虛擬腿長(zhǎng)，L₁為大腿的長(zhǎng)度，L₂為小腿的長(zhǎng)度，θ₁為側(cè)擺髖關(guān)節(jié)角，θ₂為前擺髖關(guān)節(jié)角度，θ₃為膝關(guān)節(jié)角度，x_f，d為虛擬彈簧腿期望的前向落足點(diǎn)位置，X_s為腿部末端側(cè)邊移動(dòng)的垂直距離；

根據(jù)上述公式計(jì)算得到在期望落足點(diǎn)處的各關(guān)節(jié)角度，再將實(shí)時(shí)角度與計(jì)算得到的角度進(jìn)行比較從而調(diào)整各關(guān)節(jié)處電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。