[发明专利]一种六足机器人运动控制算法

说明书

本发明提供了一种六足机器人运动控制算法，主要用于解决机器人机体两侧腿处于支撑态行进过程中相对于跟关节走过轨迹为弧形时出现的互斥力，对机体关节损伤的问题。步骤包括：机器人坐标系建立方法，机器人机体坐标系的建立，单步行腿坐标系建立，正逆运动学解，运动控制方法五个步骤。从各腿跟关节处看，该算法使机器人处于支撑态行走过程中足端轨迹为一条直线，如图1所示，那么机体两侧腿的轨迹是互相平行的，很好的解决了互斥力问题；此外，该算法使腿在抬起下落过程中足端与地面垂直接触，使机体不易侧滑，大大增强了机体稳定性。

技术领域

本发明属于机器人腿部运动控制算法，属于机器人运动控制领域。

背景技术

六足机器人在结构上具有较多冗余自由度，能够适应较为复杂地形，在路况复杂的野外行走，完成履带式或轮式所不能完成的非结构性环境中的运输作业，因此在很多方面具有广阔的应用前景。但是，以往六足机器人关节控制存在很大弊端，各腿在前进过程中绕各自跟关节摆动的轨迹为一条弧线，这样两侧腿在行进过程中形成互斥力，当机体较重时，对关节损伤比较严重；此外，各腿足端下落过程中，若与地面不垂直，容易造成侧滑，影响机体稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是六足机器人前进时弧线走法产生互斥力对机体关节造成的损伤，以及足端下落过程中，若与地面接触不垂直，容易造成侧滑这一情况。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种六足机器人运动控制算法，包括如下步骤：

步骤1，根据机器人结构外观，结合坐标系建立方法，建立机体坐标系；

步骤2，对单步行腿进行坐标系的建立；

步骤3，落脚点选择，即处于支撑态行走时，各腿足端距跟关节在运动方向投影的距离D。根据机器人自身参数及运动参数确定一个合适的距离，该距离一旦确定，则机器人前进或后退时，各腿足端与跟关节的距离在前进或后退方向上的投影为该定值。

步骤4，机体运动时逆运动学解，利用坐标变换建立六足机器人每个关节自由度坐标系与机器人机体坐标系的对应关系，利用机体逆运动学计算出机器人各关节角度大小。

步骤5，步态选择。六足机器人的运动步态包括三足步态，四足步态，五足步态和六足步态，由于三足步态能满足稳定性要求，且机器人运动速度相比其它步态最快，因此一般选择三足步态控制机器人运动。

作为本发明的进一步限制方案，步骤3中，间距D的选择需要根据机器人自身参数，比如各关节连杆长度，自由度来确定，根据机器人关节长度及角度变化范围给出该距离的大致变化范围，利用仿真方法，给出机器人各腿在运动期间抬起、前伸、下落、爬行的逆运动学曲线，曲线平滑，具有一定对称性则表明该距离合适。

步骤4中，将平行间距D加入到逆运动学求解算法中计算各关节角度信息的具体步骤为：

根据步骤3确定的平行间距及机器人结构参数，确定各腿在机体坐标系下的(x，y，z)坐标。由于算法中加入了平行间距，所以对于前进后退动作来说，只需要(x，z)坐标随足端位置变化，y坐标保持不变。运动过程中逆运动学的求解过程具体如下：

首先建立机体坐标系，作为各腿运动的中心点，如图3所示；Xb为机体前进方向，Yb为机体左移方向，Zb垂直平面向上。

其次建立单腿坐标系，根据机器人各腿简化模型，利用D-H法则建立单腿坐标系，如图4所示足端轨迹用足端在坐标系YbOXb下的坐标(x，y，z)来表示；

最后，关节角度计算，根据机器人足端坐标，将三维平面按照一定的投影方向投影到平面上，将关节角度的求解转化为求几何图形的角度问题。具体过程如下：

跟关节角度求解：如图5所示，将机器人投影到XbOYb平面上，则跟关节转角