[發明專利]四足奔跑步態規劃方法、裝置及機器人控制設備

在審

• 申請號: 202111436773.0
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114115280A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 王家俊;熊友軍
• 申請（專利權）人: 深圳市優必選科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 彭星

1.一種四足奔跑步態規劃方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取四足機器人在當前奔跑步態周期的奔跑規劃期望參數，其中所述奔跑規劃期望參數包括期望前向平均速度以及與質心移動規劃模型適配的期望模型特征信息；

根據所述期望前向平均速度以及所述期望模型特征信息調用所述質心移動規劃模型針對所述四足機器人進行質心軌跡規劃，得到所述四足機器人在當前奔跑步態周期內的質心移動期望軌跡；

根據所述期望前向平均速度以及所述質心移動期望軌跡，確定所述當前奔跑步態周期內每個單步周期的騰空落足期望位置相對于對應質心期望位置的期望前向偏移量；

對所述質心移動期望軌跡以及所有單步周期各自的期望前向偏移量進行數據集成，得到所述四足機器人在當前奔跑步態周期的奔跑期望軌跡。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述奔跑步態周期包括連續的兩個單步周期，每個單步周期包括連續的一個單步支撐期及一個單步騰空期，所述質心移動規劃模型包括與單步周期的單步支撐期對應的第一質心移動模擬模型及與單步周期的單步騰空期對應的第二質心移動模擬模型，所述期望模型特征信息包括與所述第一質心移動模擬模型對應的期望模型數據、所述單步騰空期的期望騰空期時長、所述單步支撐期的期望支撐期時長和期望前向速度變化量，質心移動期望軌跡包括與所述單步支撐期對應的第一質心高度變化軌跡和第一質心前向變化軌跡，以及與所述單步騰空期對應的第二質心高度變化軌跡和第二質心前向變化軌跡；

所述根據所述期望前向平均速度以及所述期望模型特征信息調用所述質心移動規劃模型針對所述四足機器人進行質心軌跡規劃，得到所述四足機器人在當前奔跑步態周期內的質心移動期望軌跡的步驟，包括：

根據所述期望支撐期時長、所述期望騰空期時長及所述期望模型數據在所述第一質心移動模擬模型處進行彈簧負載倒立擺形變模擬，得到每個單步支撐期的所述第一質心高度變化軌跡；

針對每個單步騰空期，基于該單步騰空期所在的單步周期內的單步支撐期的所述第一質心高度變化軌跡在所述第二質心移動模擬模型處進行自由落體運動模擬，得到該單步騰空期的所述第二質心高度變化軌跡；

根據所述期望前向速度變化量、所述期望支撐期時長、所述期望騰空期時長及所述期望模型數據，計算所述四足機器人在不同單步支撐期處的前向起始期望速度及前向終止期望速度；

針對每個單步支撐期，根據該單步支撐期的前向起始期望速度在所述第一質心移動模擬模型處進行線性倒立擺形變模擬，得到該單步支撐期的第一質心前向變化軌跡；

針對每個單步騰空期，基于該單步騰空期所在的單步周期內的單步支撐期的所述第一質心前向變化軌跡在所述第二質心移動模擬模型處進行勻速前向運動模擬，得到該單步騰空期的所述第二質心前向變化軌跡。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，單個單步支撐期的第一質心高度變化軌跡采用如下式子進行表達：

其中

單個單步支撐期的第一質心前向變化軌跡采用如下式子進行表達：

其中

其中，z(t)用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內停留時長t時的質心高度，用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內停留時長t時的質心高度變化速度，用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內停留時長t時的質心高度變化加速度，r用于表示所述期望模型數據包括的與彈簧負載倒立擺形變模擬操作對應的期望虛擬彈簧原長，k用于表示所述期望模型數據包括的與彈簧負載倒立擺形變模擬操作對應的期望虛擬彈簧剛度，m用于表示所述四足機器人的質心質量，T_s用于表示對應單步支撐期的期望支撐期時長，T_f用于表示單個單步騰空期的期望騰空期時長，g用于表示重力加速度，x(t)用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內停留時長t時的質心前向位置，用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內停留時長t時的質心前向速度，用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內停留時長t時的質心前向加速度，用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內的支撐足受力位置與質心前向位置x(t)之間的前向距離，H用于表示所述期望模型數據包括的與線性倒立擺形變模擬操作對應的期望質心模擬高度，用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內的質心前向起始位置，用于表示所述四足機器人在對應單步支撐期內的前向起始期望速度。