[發(fā)明專利]一種步行機器人坡地崎嶇地形的步態(tài)生成與姿態(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210526150.0
• 申請日: 2022-05-16
• 公開（公告）號: CN114995476B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金波;唐煊;王謙
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 沈金龍

本發(fā)明公開了一種步行機器人坡地崎嶇地形的步態(tài)生成與姿態(tài)控制方法。本發(fā)明步行機器人坡地崎嶇地形的步態(tài)生成與姿態(tài)控制方法，在經(jīng)典三角步態(tài)的基礎(chǔ)上引入足端力觸地反饋，作為步態(tài)判斷與切換的依據(jù)，只有當(dāng)擺動腿觸地之后才進行支撐相軌跡規(guī)劃，且只有當(dāng)處于擺動的一組主支撐腿完全落地支撐后，當(dāng)前支撐的另一組主支撐腿才進入擺動相軌跡規(guī)劃，確保機器人在連續(xù)行走的過程中始終有不少于三條腿支撐，平穩(wěn)性大大提高。本發(fā)明步行機器人坡地崎嶇地形的步態(tài)生成與姿態(tài)控制方法靈活性高且地形適應(yīng)性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多足步行機器人運動規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種步行機器人坡地崎嶇地形的步態(tài)生成與姿態(tài)控制方法。

背景技術(shù)

足式機器人足端與地面間的接觸是離散點接觸方式，相比于輪式、履帶式機器人具有更強的崎嶇地形適應(yīng)性，復(fù)雜地形上的運動性能優(yōu)勢是足式機器人未來發(fā)展的潛力。

目前的足式機器人行走普遍采用支撐相與擺動相相互交替的方式，這與自然界中的動物類似。位于支撐相的足端支撐住身體并按照期望的軌跡運動，根據(jù)運動的相對性，身體與地面間會產(chǎn)生位移，位于擺動相的足端在空中劃出一個弧線落在下一個支撐的位置，如此擺動相與支撐相往復(fù)交替，機器人才能夠連續(xù)不斷地行走。

三角步態(tài)是六足機器人常用的步態(tài)，但傳統(tǒng)的三角步態(tài)規(guī)劃不考慮地形的真實情況，擺動腿同一時間進入支撐，支撐腿同一時間進入擺動，導(dǎo)致在步態(tài)切換時，常常出現(xiàn)足端懸空的情況，造成機器人行走不平穩(wěn)。

機器人坡地步態(tài)的研究是實現(xiàn)機器人崎嶇地形行走必不可少的一部分，目前多數(shù)的研究都針對機器人完全位于坡面上的情況，不考慮機器人由水平地面爬上坡面這種地形交界處步態(tài)規(guī)劃的情況，很難實現(xiàn)機器人在不同地形上的連續(xù)行走。在坡地地形行走時，姿態(tài)角的規(guī)劃與控制能夠提高機器人的地形適應(yīng)性，目前使用的控制算法，如CPG中樞模式發(fā)生器模型，在四足機器人上應(yīng)用較多，但比較少研究橫滾角的規(guī)劃與控制情況(Zhuo Ge,Qingsheng Luo,Baoling Han,Qi Na,Huashi Li.Slope Terrain Locomotion Control ofa Quadruped Robot Based on Biological Reflex CPG Model.Journal of BeijingInstitute of Technology,2018,27(2):257-266)，基于經(jīng)驗的模糊控制方法([1]杜威，楊忠，許昌亮，張輝斌.四足機器人斜面運動規(guī)劃及控制研究[J].電氣與自動化,2018,6:150-153.[2]俞文雅,陶紅武,曾順,譚躍剛.四足機器人斜坡對角小跑運動控制研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報,2021,44(1):60-67)，則不能夠給出明確的姿態(tài)角解算方式，導(dǎo)致姿態(tài)角的控制不夠靈活。因此，提出一種適用于六足機器人或六足以上的多足機器人的坡地地形下的連續(xù)步態(tài)規(guī)劃與姿態(tài)角控制的方法是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)多足步行機器人位于坡地崎嶇地形時的連續(xù)步態(tài)生成以及實時姿態(tài)控制，使得機器人更好地適應(yīng)崎嶇地形并提高行走的穩(wěn)定性。本發(fā)明不考慮不可落足地形或者具有不可跨越障礙物的地形。

一種步行機器人坡地崎嶇地形的步態(tài)生成與姿態(tài)控制方法，所述步行機器人包括機身和至少6條腿，將機身一周的所有腿中相互間隔的腿分為同一組，共可分為兩組，兩組腿各稱為一組主支撐腿，每條腿有支撐相和擺動相兩種狀態(tài)；同一組的各條腿均處于支撐相時，該組各條腿的足端所構(gòu)成的平面為主支撐面，