[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

本發明實施例提供了一種輪履腿機器人模糊自適應平衡控制算法，實現了輪履腿機器人運動過程中的自適應平衡，包括：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；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，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，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，構建模糊控制器。根據本發明實施例提供的技術方案，可實現輪履腿機器人在具有傾翻危險情況下的快速自主平衡恢復。

【技術領域】

本發明涉及一種輪履腿機器人模糊自適應平衡控制算法，屬于機器人自動化控制領域。

【背景技術】

隨著機器人技術的不斷進步，人類探索未知環境的活動越發頻繁，大量專業機器人在遮蔽空間、水下、太空等環境下的探索活動中，降低人類直接受到生命安全威脅的危險。未知環境通常具有高度非結構化的特點，對于傳統輪式、履式、足式機器人來說，其單一模式難以滿足日漸復雜的任務需求，因此復合式機器人是目前機器人領域的研究熱點，其中輪履腿機器人綜合傳統輪式、履式、足式機器人的優勢成為主要研究對象。

輪履腿機器人自平衡是輪履腿機器人在復雜路面場景下運行時，動態調整機器人自身腿部結構來達到穩定狀態。現有的關于機器人自平衡的研究中，大多針對獨輪式、雙輪式、足式機器人，難以應用于復合式機器人；而少量關于復合式機器人的自平衡方法難以通用，因此開展輪履腿機器人的自適應平衡控制具有重要的理論研究價值。

【發明內容】

有鑒于此，本發明實施例提供了一種輪履腿機器人模糊自適應平衡控制算法，以實現輪履腿機器人在復雜路面場景下運行的自主平衡。

本發明實施例提供了一種輪履腿機器人模糊自適應平衡控制算法，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。

上述方法中，所述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：

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；