[发明专利]一种并联式轮足机器人的全方位步态切换方法及系统

说明书

本发明公开了一种并联式轮足机器人的全方位步态切换方法及系统，所述方法包括：建立并联式轮足机器人的运动学模型；基于所述运动学模型，以单腿工作空间约束和行走稳定性约束为考虑条件，规定所述并联式轮足机器人的直行间歇步态和旋转步态；基于所述直行间歇步态和所述旋转步态，根据所述并联式轮足机器人的行走方向和行走姿态进行步态切换。在本发明实施例中，将提高并联式轮足机器人的运动控制性，有效地保障整体的运动稳定性。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种并联式轮足机器人的全方位步态切换方法及系统。

背景技术

足式机器人是目前特种机器人领域研究的热点，不同结构、不同控制方式的足式机器人在行走速度、载重量、运动稳定性、灵活程度等方面各有优势，但是不同的结构设计均需要匹配与之相适宜的步态控制算法以达到最优的控制性能。目前常见的串联式四足机器人的结构较为简单、运动灵活性较高，但是负载能力较小、运动稳定性较差、能量利用率较低，不适应于大负载和复杂路面通行的需求。液压驱动的并联式轮足切换的四足机器人拥有负载大、能量利用率高、运动稳定性高等优势，在轮足式状态下快速通过的能力较强，但是每一条腿均拥有八个自由度，机构冗余且步态控制较为复杂。现有技术中已提出一种有膝关节并联腿结构的四足仿生机器人，每条并联腿均具有三个驱动自由度，利用三个直线驱动器可以协同驱动腿部进行仿生运动，例如前后摆，左右摆，腿部绕膝关节弯曲等；在其足部采用缓冲连接，可在一个迈步周期内完成减震储能再利用。但是这种四足仿生机器人的能量利用率较低，只有足式通行一种方式，在平坦路面上运动速度较慢，且三个自由度并联方式使其载重量较低，对于大载重量的需求不能满足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种并联式轮足机器人的全方位步态切换方法及系统，结合已有的高冗余自由度、并联式、轮足切换四足机器人的平台结构，设计与其相适宜的步态控制算法和步态切换稳定性算法，极大地提升运动控制性能和运动稳定性能。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种并联式轮足机器人的全方位步态切换方法，所述方法包括：

建立并联式轮足机器人的运动学模型；

基于所述运动学模型，以单腿工作空间约束和行走稳定性约束为考虑条件，规划所述并联式轮足机器人的直行间歇步态和旋转步态；

基于所述直行间歇步态和所述旋转步态，根据所述并联式轮足机器人的行走方向和行走姿态进行步态切换。

可选的，所述建立并联式轮足机器人的运动学模型包括：

确定所述并联式轮足机器人的质心位置；

设定所述并联式轮足机器人的四条腿中每一条腿在机身的定位点与每一条腿的足端定位点；

以每一条腿的足端定位点为中心，设定每一条腿的工作空间。

可选的，所述规划所述并联式轮足机器人的直行间歇步态包括：

按照一定的规律控制所述并联式轮足机器人的每一条腿的足端依次沿同一轴向向前迈进，并且在每一条腿的足端迈进的同时保持其余三条腿的足端定位点和四条腿在机身的定位点不变。

可选的，所述规划所述并联式轮足机器人的旋转步态包括：

以所述并联式轮足机器人的质心为圆心，任意一条腿的足端定位点到质心的距离为半径，规定所述并联式轮足机器人的旋转路径；

按照一定的规律控制所述并联式轮足机器人的每一条腿的足端依次沿所述旋转路径转动一个角度，并且在每一条腿的足端旋转的同时保持其余三条腿的足端定位点不变，控制四条腿在机身的定位点同步反方向转动相应的角度。

可选的，所述根据所述并联式轮足机器人的行走方向和行走姿态进行步态切换包括：