[发明专利]一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法

说明书

本发明公开了一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法，所述方法包括：通过阻抗滤波器同时生成关节角度修正量和关节角速度修正量；基于所述关节角度修正量和关节角速度修正量，将所述关节角度的指令和所述关节角速度的指令输出至关节PD控制器；在所述输出之后，通过机身姿态角误差计算得出支撑腿长度的调整量；基于所述支撑腿长度的调整量，通过所述阻抗滤波器生成腿长修正指令，并将所述腿长修正指令输出至关节PD控制器；通过所述关节PD控制器，主动柔顺控制在复杂地形下的足式机器人。在本发明实施中，所述方法防止机器人足端打滑，保证机器人躯干姿态的运动稳定性。

技术领域

本发明涉及足式机器人主动柔顺控制的技术领域，尤其涉及一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法。

背景技术

足式机器人是目前特种机器人领域研究的热点，按照腿足结构的数量划分足式机器人可分为双足机器人，四足机器人和多足机器人；四足机器人由于其仿生性能好，控制稳定性和控制复杂度比较均衡，目前其受关注度较其他类型的足式机器人更多一些。

目前常见的串联腿四足机器人结构较为简单、运动灵活性较高，这种构型的四足机器人在平坦的硬质地面行走控制算法目前已经较为成熟，且四足机器人在合适的步态和运动速度下均可连续保持较好的运动稳定性。但是在复杂的地形环境下，例如起伏高度差较大的沙土坑道或者坡角大于 50°的坡度上，四足机器人四条腿和躯干运动姿态的互相耦合运动是高度非线性的，难以建立精确的动力学模型。因此如何保证四足机器人在较为复杂的地形条件下的运动稳定性，涉及相适宜的柔顺性运动补偿控制算法，是目前还没有解决的问题之一。目前已有的电机驱动的串联腿四足机器人平台在复杂非结构化环境下行走的步态不够稳定，容易出现打滑或者摔倒的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法，通过阻抗滤波器同时修正调整电机的关节角度和关节角速度，同时通过计算躯干姿态角度误差实时计算支撑腿长度的调整量，通过阻抗滤波器得到修正后的腿长指令，主动控制并减小躯干姿态角度的变化幅度，减小四足机器人失稳摔倒的可能性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法，所述方法包括：

通过阻抗滤波器同时生成关节角度修正量和关节角速度修正量；

基于所述关节角度修正量和关节角速度修正量，将所述关节角度的指令和所述关节角速度的指令输出至关节PD控制器；

在所述输出之后，通过机身姿态角误差计算得出支撑腿长度的调整量；

基于所述支撑腿长度的调整量，通过所述阻抗滤波器生成腿长修正指令，并将所述腿长修正指令输出至关节PD控制器；

通过所述关节PD控制器，主动柔顺控制在复杂地形下的足式机器人。

可选的，所述通过阻抗滤波器同时生成关节角度修正量和关节角速度修正量包括：

外环控制器将足式机器人足端的接触力误差映射到关节空间内；

通过阻抗滤波器和积分器生成关节角度修正量和关节角速度修正量；

根据所述关节角度修正量和所述关节角速度修正量，修正步态规划器所给出的关节角度和关节角速度的参考值。

可选的，所述基于所述关节角度修正量和关节角速度修正量，将所述关节角度的指令和所述关节角速度的指令输出至关节PD控制器包括：

基于所述关节角度修正量和关节角速度修正量，将所述关节角度的指令和所述关节角速度的指令输出至关节PD控制器，即内环位置控制器；

所述内环位置控制器通过反馈调整阻断位置，控制足端接触力。

可选的，所述足式机器人足端的接触力误差映射到关节空间内，具体的计算公式如下：