[发明专利]四足机器人对角步态的自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，具体是一种四足机器人对角步态控制方法。

背景技术

四足机器人因其机构简单灵活，承载能力强、稳定性好，在抢险救灾、军事等许多方面有很好的应用前景，受到各国四足机器人研究人员的重视。四足机器人是一个多变量、强耦合的动力学模型，其变步态下非结构化地形的自适应以及变步态的稳定性调节问题，对控制理论的研究及实时控制系统的设计都具有很大的挑战性。

研究人员首先对静态步行展开了研究，取得一定的成果。但是从提高步行速度来说，动态步行有一定的优越性，然而动态步行的技术难度远大于静态步行。

本发明是针对四足机器人动态步行中的对角步态，即处于对角线上的两条腿动作完全一致，均处于摆动相或均处于支撑相。该步态是研究机器人动态步行的基础，同时也是最容易与静态步态进行切换的步态，因此我们对此种步态进行研究。

搜索相关文献，以往对于对角步态的研究主要是两个方面：(1)对于对角步态的稳定性研究，例如在“四足机器人对角小跑步态的研究”文中步态采用离线规划方法预定义，根据计算机仿真及三维图像仿真进行优化设计。然后由计算机协调控制JTUWM-III型四足机器人的关节，完成对角动态步行实验。在”一种四足步行仿生机器人设计及步态研究”文中按照多足步行机器人行走稳定性原则，设计出了慢走和对角小跑两种步态的具体过程，实验证明，所设计的步态具有良好的稳定性。(2)基于避障的路径规划。在申请号为201010273466的发明专利申请中，公开了一种基于卡尔曼的滤波器预测的机器人避障方法。该方法提出一种当传感器系统探测到有新障碍物出现，根据观测数据建立卡尔曼滤波器模型，利用观测数据和经典的线性动态系统期望最大化模型辨识算法对参数进行辨识和修正，更新数字地图，供路径进行新一轮的局部重规划的方法。此方法属于避障的路径规划策略。上述两个研究方向并没有考虑四足机器人以对角步态行走时，在复杂地形环境中的步态规划问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的没有考虑四足机器人以对角步态行走时，在复杂地形环境中步态规划问题的不足，本发明提出了一种四足机器人对角步态的自适应控制方法。

本发明包括以下步骤：

步骤1：参数初始化。初始化四足机器人迈步长度执行矩阵Q_L和迈步高度执行矩阵Q_H。

步骤2：通过传感器采集外部环境信息。通过红外传感器和超声波传感器测得的四足机器人前足到障碍物前端的距离L和视觉传感器测得的障碍物高度H。

步骤3：通过模糊推理算法获得每条迈步长度的激活约束条件对应的隶属度函数和真值α_lk(t)。根据四组机器人本体的感知状态，依照模糊推理得到相应的激活约束条件，通过公式(1)和公式(2)，分别计算隶属度函数和以及真值α_lk(t)：

μlij=e-xli22]]>公式(1)

αlk(t)=Πli=1Nliμlij]]>公式(2)

步骤4：采用波尔滋曼分布搜索算法获得迈步长度执行动作。对于第j条激活约束条件通过搜索算法选择局部动作通过公式(3)和公式(4)对所有的局部动作按真值加权得到全局动作y_l(t)及相应的q_l(t)值。