[發(fā)明專利]多足機(jī)器人負(fù)重平衡方法、裝置和多足機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110247296.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112975978B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐喆;趙明國(guó);熊友軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J13/08;B25J17/02;B62D57/032
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張萌

1.一種多足機(jī)器人負(fù)重平衡方法，其特征在于，所述多足機(jī)器人的軀干上設(shè)有力傳感器，所述軀干的狀態(tài)通過(guò)在所述軀干與世界坐標(biāo)系原點(diǎn)之間構(gòu)建的若干個(gè)虛擬關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述，所述方法包括：

根據(jù)所述力傳感器的測(cè)量值計(jì)算貨物在所述軀干上的當(dāng)前位置和速度；

根據(jù)所述貨物的所述當(dāng)前位置和速度通過(guò)反饋控制律求解所述多足機(jī)器人使所述貨物達(dá)到平衡時(shí)所述軀干所需的期望姿態(tài)；其中，利用貨物在軀干上滿足的拉格朗日方程求解軀干的姿態(tài)與貨物的加速度之間的關(guān)系以構(gòu)建得到所述反饋控制律；

根據(jù)所述軀干的期望姿態(tài)確定所述若干個(gè)虛擬關(guān)節(jié)的期望位置，通過(guò)對(duì)應(yīng)虛擬關(guān)節(jié)的期望位置計(jì)算所述對(duì)應(yīng)虛擬關(guān)節(jié)的期望速度和期望加速度；

基于各個(gè)所述虛擬關(guān)節(jié)的期望位置、期望速度和期望加速度對(duì)以廣義關(guān)節(jié)加速度和足底受力為優(yōu)化變量的優(yōu)化模型進(jìn)行求解以得到最優(yōu)解，并根據(jù)所述最優(yōu)解和所述多足機(jī)器人的真實(shí)關(guān)節(jié)滿足的動(dòng)力學(xué)方程求解出各個(gè)真實(shí)關(guān)節(jié)所需的關(guān)節(jié)力矩，其中，所述廣義關(guān)節(jié)包括機(jī)器人的所述虛擬關(guān)節(jié)和所述真實(shí)關(guān)節(jié)；

將計(jì)算出的所述關(guān)節(jié)力矩發(fā)送給對(duì)應(yīng)的真實(shí)關(guān)節(jié)，以使所述軀干達(dá)到所述期望姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多足機(jī)器人負(fù)重平衡方法，其特征在于，所述力傳感器的一側(cè)連接用于放置所述貨物的平板，與所述一側(cè)相對(duì)的另一側(cè)連接所述多足機(jī)器人的軀干；所述根據(jù)所述力傳感器的測(cè)量值計(jì)算貨物在所述軀干上的當(dāng)前位置和速度，包括：

根據(jù)所述力傳感器測(cè)量的所述貨物受到所述軀干的支撐力和力矩按照相應(yīng)公式計(jì)算所述貨物當(dāng)前在平板上的位置，并對(duì)所述位置求導(dǎo)以得到當(dāng)前速度；所述公式如下：

其中，(x_b，y_b)表示所述貨物在軀干坐標(biāo)系中的xy平面上的位置坐標(biāo)，τ_x和τ_y分別表示所述貨物在軀干坐標(biāo)系中的x軸和y軸方向上受到的力矩；F_pz表示所述貨物在軀干坐標(biāo)系中的z軸方向上受到的所述軀干的支撐力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多足機(jī)器人負(fù)重平衡方法，其特征在于，所述反饋控制律的構(gòu)建，包括：

根據(jù)所述貨物在軀干上的位置和速度滿足的動(dòng)能和勢(shì)能方程構(gòu)建拉格朗日方程；

對(duì)所述拉格朗日方程中的位置及速度求偏導(dǎo)，并將得到的表達(dá)式代入所述拉格朗日方程中以求解得到所述軀干的姿態(tài)與所述貨物的加速度之間的線性關(guān)系；

根據(jù)所述線性關(guān)系確定所述軀干的姿態(tài)與所述貨物的位置和速度之間的線性反饋控制律。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多足機(jī)器人負(fù)重平衡方法，其特征在于，所述反饋控制律包括：

其中，α和β表示所述軀干的姿態(tài)，α為在軀干坐標(biāo)系中所述軀干與xz平面的夾角，β為所述軀干與yz平面的夾角；和分別表示所述貨物在軀干上的期望位置，和分別表示所述貨物在軀干上的期望速度；x_b和y_b分別表示所述貨物在軀干上的當(dāng)前位置，和分別表示所述貨物在軀干上的當(dāng)前速度；K_p和K_d分別為預(yù)設(shè)的比例系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多足機(jī)器人負(fù)重平衡方法，其特征在于，所述優(yōu)化模型的約束條件包括所述廣義關(guān)節(jié)加速度與所述足底受力滿足的動(dòng)力學(xué)方程、所述足底受力的摩擦錐約束不等式、以及真實(shí)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力矩的約束不等式。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多足機(jī)器人負(fù)重平衡方法，其特征在于，所述軀干作為所述多足機(jī)器人的浮動(dòng)基座，所述廣義關(guān)節(jié)加速度與所述足底受力滿足的動(dòng)力學(xué)方程包括：

所述虛擬關(guān)節(jié)的加速度與所述足底受力滿足的動(dòng)力學(xué)方程，以及所述真實(shí)關(guān)節(jié)的加速度與所述足底受力滿足的動(dòng)力學(xué)方程。