[发明专利]四足仿生机器人的时位控制方法

权利要求书

1.四足仿生机器人的时位控制方法，其特征在于，该方法的控制结构分为步态控制层、姿态控制层和控制对象；

1）步态控制层包括传感器、视觉传感器和步态控制器，功能是将任务规划产生的期望速度转化为落脚点的时间位置，以及在一个支撑周期中质心的运动轨迹；

2）姿态控制层包括传感器、视觉传感器和姿态控制器，功能是解算对应落脚点和质心运动的关节运动，以关节力矩的形式输出到四足仿生机器人平台中；

3）最后将四足仿生机器人的实际速度反馈到步态控制层，产生下一个步态周期落脚点；

通过步态控制层和姿态控制层处理，可以处理非结构化地形及外界冲击情况；

该方法包括三个步骤：（1）通过任务目标和实际地形规划期望移动速度和下一个落脚点的位置和时间；（2）通过传感器网络得到本体姿态角，规划关节运动以实现精确的落脚点时间和位置控制，最后得到实际移动速度；（3）利用期望移动速度、实际移动速度完成时位方法的反馈控制；

第一步规划落脚点和质心的运动轨迹，具体为：

1) 将四足机器人的复杂模型等效为简单模型；

2) 通过视觉传感器得到地形参数设定最高稳定移动速度；

3) 通过简单模型解算出质心的运动轨迹和落脚点的时间和位置；

第二步结合本体的姿态角规划关节运动，具体为：

1) 通过惯性单元和加速度计等传感器得到本体姿态角；

2) 结合落脚点的时间和位置以及质心轨迹设定合理的末端运动轨迹；

3) 利用冗余动力学优化的方法设计各个关节的运动，并保证本体姿态角的稳定；

第三步时位方法的反馈控制，具体为：

1) 由传感器获得当前的速度，对照期望速度得到修正值；

2) 将修正值引入步态规划器的输入端，确定下一个步态周期的落脚点；

3) 通过修正后的落脚点，由姿态协调层执行以实现稳定的速度控制。

2.根据权利要求1所述的四足仿生机器人的时位控制方法，其特征在于，处理非结构化地形过程如下：

1）视觉传感器能识别地形，则通过先验知识预设安全速度值；

2）若视觉传感器无法识别地形，则设定一个初始速度；

3）将上述速度值输入步态控制器，得到落脚点和质心运动轨迹；

4）通过姿态控制器的解算得到关节输出力矩，以控制四足仿生机器人；

5）检测当前的姿态稳定性，若稳定则不修改速度，若不稳定则减小预设速度，直到姿态稳定为止；

6）通过传感器检测是否到达目的地，若到达则停止，若还没到达则继续控制步态控制器输出。

3.根据权利要求1所述的四足仿生机器人的时位控制方法，其特征在于，处理外界冲击过程如下：

1）通过传感器检测四足仿生机器人本体的速度和加速度，如果其速度和加速度变化在正常范围以内，则在步态控制周期内认为，四足机器人处于正常运动状态，不作异常处理，不改变原先计算的落脚点；

2）若速度和加速度变化剧烈，则认为四足仿生机器人收到冲击，此时检测冲击速度的大小和方向；

3）步态控制器接收冲击速度的大小和方向，重新选择落脚点，即从新规划落脚的位置和时间；

4）经过一次落脚点重规划，若冲击速度依然存在，重复步骤3），直到冲击速度为0。