[發明專利]基于極值點插值處理與軌跡跟蹤的四足機器人控制方法

有效

• 申請號: 202110748735.2
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113433943B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 陳先益;李子航;彭俠夫;范德陽;李兆路
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G06F17/15
• 代理公司: 廈門加減專利代理事務所(普通合伙) 35234
• 代理人: 李強;楊澤奇

本發明涉及四足機器人技術領域，特別涉及一種基于極值點插值處理與軌跡跟蹤的四足機器人控制方法，包括根據四足機器人的足端軌跡，分別獲取腿部關節電機角度；將四足機器人的足端軌跡對腿部關節進行運動學逆解，以獲取周期內離散時刻對應的腿部關節電機角度；確認腿部關節電機旋轉開始變化的時間，以獲取腿部關節電機旋轉角度變化的極值點；通過極值點之間的電機旋轉角度計算腿部關節電機所需控制力矩，以使伺服驅動器驅動腿部關節電機控制四足機器人腿部運動；通過極值點計算單個關節電機所需控制力矩，使腿部關節單個電機進行力矩柔順控制，有效地解決了四足機器人在高頻控制電機時存在的抖動及不穩定問題，提高了四足機器人行走的平穩性。

技術領域

本發明涉及四足機器人技術領域，特別涉及一種基于極值點插值處理與軌跡跟蹤的四足機器人控制方法。

背景技術

四足機器人在社會中的運用已經越來越廣泛，其利用地面孤立的支撐點完成著地行走任務，能在崎嶇不平的山地、丘陵、沼澤、叢林等復雜10地形靈活行走，以輔助人類在地震、核污染、化學污染、野外軍事作戰等環境下，完成災后救援、行軍物質運輸、高危環境巡邏等工作任務，現已有效地運用在野外、城市、森林等非結構化、不確定環境中。

為了使四足機器人穩定行走，如中國專利(公開號為CN212290080U)公開了一種四足行走式仿生設計裝置，在現有四足仿生機器人的基礎上，通過研究其動力傳動，實現了機械裝置的平穩轉向以及仿生機械按照步態曲線的穩定行走。

在足端零沖擊步態規劃中進行離散位置控制，也能使四足機器人穩定行走中，但在控制四足機器人的腿部關節電機時，會產生高頻抖動或停頓，很難在各支點之間進行平滑過渡，特別是四足收到變化負載情況時，更加難以實現平滑的定位軌跡運動控制，從而降低了四足機器人行走的可靠性和平穩性。

發明內容

為解決上述現有技術中四足機器人行走的可靠性和平穩性降低，本發明提供的基于極值點插值處理與軌跡跟蹤的四足機器人控制方法

本發明提供的基于極值點插值處理與軌跡跟蹤的四足機器人控制方法，包括以下步驟：

根據四足機器人的足端軌跡，分別獲取腿部關節電機角度；

將四足機器人的足端軌跡進行運動學逆解，以獲取周期內離散時刻對應的腿部關節電機角度；

確認腿部關節電機旋轉開始變化的時間，以獲取腿部關節電機旋轉角度變化的極值點；

通過所述極值點之間的電機旋轉角度計算腿部關節電機所需控制力矩，以使伺服驅動器驅動腿部關節電機控制四足機器人腿部運動。

在上述方案的基礎上，進一步地，以髖關節末端為坐標原點建立直角坐標系，獲取足端位置與腿部關節電機轉角關系并分別計算腿部關節電機角度；所述腿部關節電機包括大腿電機和小腿電機。

在上述方案的基礎上，進一步地，將四足機器人足端整體軌跡與腿部關節的運動學逆解函數相結合，以獲取周期內各離散時刻對應的大腿電機和小腿電機相對于零點的角度，得到腿部關節電機旋轉角度與時間的關系。

在上述方案的基礎上，進一步地，對所述關系求導，令導函數為0，確認腿部關節電機旋轉開始變化的時間，以獲取腿部關節電機旋轉角度變化的極值點。

在上述方案的基礎上，進一步地，根據間隔時間內的角度差和腿部關節電機旋轉角度的極值點獲取腿部關節電機的角加速度；通過所述角加速度計算腿部關節電機所需控制力矩，以使伺服驅動器根據所需控制力矩驅動腿部關節電機控制四足機器人腿部運動。

在上述方案的基礎上，進一步地，所述伺服驅動器與控制器通信連接，所述控制器周期性交替控制所述四足機器人的對角兩條腿；所述控制器接收腿部關機電機所需電流值并發送至所述伺服驅動器，以使伺服驅動器驅動腿部關節電機控制四足機器人腿部運動，所述所需電流值根據所需控制力矩轉換得出。