[发明专利]基于支撑域位置反馈的足式机器人机身摆动幅度规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人运动控制技术领域，具体涉及一种基于支撑域位置反馈的足式机器人机身摆动幅度规划方法。

背景技术

机器人行走时，任意时刻四足中有至少三足撑地，则称为静平衡步态。崎岖路面下，四足机器人为获得较高的稳定性，通常会采用静平衡步态前进。静平衡步态在仿生学中被称为爬行步态，而爬行步态的控制策略一直都是研究热点。有8字摆动重心法，有快速移动重心法和稳定移动重心法，有双支撑三角形法等。8字重心法使得机器人动作有很好的柔顺性，但稳定性较高，所以移动速度很慢。双支撑三角形法使得机器人可以获得很高的稳定性，但也存在移动速度很慢的问题。快速移动重心法和稳定移动重心法使得机器人分别可以获得较高的移动速度和高稳定性，但二者不可兼得。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种四足机器人爬行步态侧向摆动幅度规划方法，以兼顾侧向稳定性和纵向移动速度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于支撑域位置反馈的足式机器人机身摆动幅度规划方法，包括以下步骤：

S1、设计四足机器人爬行步态过程中四条腿的摆动顺序；

S2、设计一个步态周期的时间规划；

S3、针对三条腿支撑的情况，求取支撑区域中心；

S4、针对三条腿支撑的情况，以摆动腿的异侧腿足端位置为顶点，分别向其余两条腿足端位置做直线；

S5、基于步骤S4，引入摆动幅度因子，求取侧向摆动幅度；

S6、根据步骤S1至S5，规划四条腿支撑情况下的侧向摆动幅度。

(三)有益效果

本发明(1)采用线性规划方法顺序求解侧向摆动位置，控制效果良好，计算方法简单；(2)针对三条腿支撑和四条腿支撑的情况均给出规划方法，保证了步态的连续性，即保证了纵向移动速度；(3)在设计腿部摆动顺序时，所选取的方法可以保证较大的稳定裕量；(4)在设计步态周期时，通过引入状态相切换的时间比例因子，使得步态时间灵活多变，适应性强。

附图说明

图1是爬行步态四足摆动顺序图；

图2是步态周期时间规划图；

图3是三条腿支撑下机身侧向摆动幅度规划图；

图4是四条腿支撑下机身侧向摆动幅度规划图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明实施例提出一种基于支撑域位置反馈的四足机器人爬行步态侧向摆动幅度规划方法。针对四足机器人爬行步态的三足支撑和四足支撑情况，结合支撑域位置，采用线性规划方法，将侧向摆动位置控制在支撑域范围内，确保侧向摆动稳定性，该方法简单易行，因此可以兼顾侧向稳定性和纵向移动速度。

本发明实施例的基于支撑域位置反馈的四足机器人爬行步态侧向摆动幅度规划方法包括六个步骤。如图1所示，步骤S1设计四足机器人爬行步态过程中四条腿的摆动顺序。具体包括：

步骤S11：当运动方向为前进时，以左后腿为起始腿，四条腿的摆动顺序为左后，左前，右后，右前。

步骤S12：当运动方向为后退时，以左前腿为起始腿，四条腿的摆动顺序为左前，左后，右前，右后。

如图2所示，步骤S2设计一个步态周期的时间规划。以前进方向为例，以左后腿为起始腿，具体包括：

步骤S21：左后腿先摆动，持续时间为一个摆动相时间，期间其余腿均处于支撑状态。

步骤S22：左后腿摆动完毕后，下一条摆动腿为左前腿；两条摆动腿切换过程中，四条腿均处于支撑状态，该状态持续的时间称为同侧腿摆动切换时间间隔。

步骤S23：左前腿摆动完毕后，下一条摆动腿为右后腿；两条摆动腿切换过程中，四条腿均处于支撑状态，该状态持续的时间称为异侧腿摆动切换时间间隔。

步骤S24：右后腿摆动完毕后，下一条摆动腿为右前腿；两条摆动腿切换过程中，四条腿均处于支撑状态，该状态持续的时间称为同侧腿摆动切换时间间隔。

步骤S25：右前腿摆动完毕后，下一条摆动腿为左后腿；两条摆动腿切换过程中，四条腿均处于支撑状态，该状态持续的时间称为异侧腿摆动切换时间间隔。

步骤S26：结合步骤S21～步骤S25，则一个步态周期持续的时间由三部分组成：四个摆动相持续时间，两个同侧腿摆动切换时间间隔，两个异侧腿摆动切换时间间隔。

图3为三条腿支撑下机身侧向摆动幅度规划图。左前腿为摆动腿，其余腿为支撑腿。