[發明專利]一種輪履腿機器人模糊自適應平衡控制算法

在審

• 申請號: 202210369025.3
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114721415A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 陳鋼;宋康;賈慶軒;李彤;董澤宇;徐求
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種輪履腿機器人模糊自適應平衡控制算法，其特征在于,所述方法包括：

依據輪履腿機器人三維模型，結合輪履腿機器人車體、外輪、擺臂之間的連接方位關系，建立車體中心坐標系和外輪、擺臂與車體間連接處坐標系；

依據車體中心坐標系和連接處坐標系，獲得外輪、擺臂與車體間連接處坐標系在車體中心坐標系下的齊次變換矩陣；

依據輪履腿機器人車體、外輪、擺臂各部分質心在車體中心坐標系下的坐標，獲得輪履腿機器人整體質心坐標；

依據輪履腿機器人外輪、擺臂上的履帶與地面之間的接觸關系，結合輪履腿機器人整體質心分布，建立輪履腿機器人投影穩定錐模型；

依據輪履腿機器人投影穩定錐模型，構建穩定性評價指標，獲得表征輪履腿機器人俯仰方向及橫滾方向下的穩定裕度；

依據表征輪履腿機器人俯仰方向及橫滾方向下的穩定裕度，結合輪履腿機器人當前姿態作為模糊輸入，以各擺臂關節目標角度作為模糊輸出，構建模糊輸入與模糊輸出之間的模糊規則，構建模糊控制器。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，依據輪履腿機器人車體、外輪、擺臂各部分質心在車體中心坐標系下的坐標，獲得機器人整體質心坐標，包括：

輪履腿機器人車體中心坐標系{C₀}及外輪、擺臂與車體間連接處坐標系{C_i}(i＝1,2,...,n_con)建立規則為：

車體中心坐標系{C₀}，坐標系原點固定于車體幾何中心處；z軸垂直于車體平面方向向上；x軸與車體主傳動軸相垂直，且方向選取第三象限方向為正方向；y軸按右手定則確定，y＝z×x；

外輪、擺臂與車體間連接處坐標系{C_i}(i＝1,2,...,n_con)，坐標系固定于連接處幾何中心處；z軸垂直于車體平面方向向上；x軸與連接處傳動軸方向相垂直，且方向選取第三象限方向為正方向；y軸按右手定則確定，y＝z×x；

輪履腿機器人中車體與外輪、擺臂總連接個數為n_con；

連接處坐標系相對于車體中心坐標系的齊次變換矩陣

其中，表示外輪、擺臂與車體間連接處坐標系{C_i}(i＝1,2,...,n_con)相對于車體中心坐標系{C₀}的旋轉變換矩陣，表示外輪、擺臂與車體間連接處坐標系{C_i}(i＝1,2,...,n_con)相對于車體中心坐標系{C₀}的平移變換矩陣，矩陣中的參數，均通過輪履腿機器人的三維模型參數讀取獲得；

車體中心坐標系{C₀}中輪履腿機器人整體質心坐標(x_G,y_G,z_G)：

其中，m_i(i＝0,1,...,n_con)表示輪履腿機器人中車體、外輪、擺臂各部分質量，(x_i,y_i,z_i)(i＝0,1,...,n_con)表示車體中心坐標系{C₀}中輪履腿機器人中車體、外輪、擺臂各部分質心的坐標。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，依據輪履腿機器人外輪、擺臂上的履帶與地面之間的接觸關系，結合輪履腿機器人整體質心分布，建立輪履腿機器人投影穩定錐模型，包括：

輪履腿機器人投影穩定錐關鍵點選取規則為：

以輪履腿機器人整體質心為穩定錐頂點G，以外輪和擺臂與地面接觸點作為穩定錐的待選底面角點，以履帶與地面接觸的上邊界的上邊線的端點作為穩定錐的待選底面角點；

輪履腿機器人投影穩定錐底面構建規則為：

將車體中心坐標系{C₀}中各待選底面角點按照其坐標的z軸方向上的分量排序，以分量最大的待選底面角點為基準，結合車體中心坐標系{C₀}的z軸建立輪履腿機器人投影穩定錐底面，同時將其余待選底面角點投影到該底面，以該投影點作為輪履腿機器人投影穩定錐底面角點P_i(i＝1,2,...,n)；

輪履腿機器人投影穩定錐底面角點個數為n。