[发明专利]一种轮腿机器人应激式运动姿态转换方法及系统

说明书

本发明提供了一种轮腿机器人应激式运动姿态转换方法及系统，通过建立轮腿机器人非结构环境的数据库，对机器人建模得到应激式运动姿态模块及各运动姿态相互稳定转换的控制模块，建立非结构环境的外界刺激程度评价函数。轮腿机器人对外界非结构环境的刺激进行实时检测，并跟踪自身运动姿态。利用刺激程度评价函数判断对应的反应模式，利用运动转换模块实现姿态转换，使轮腿机器人根据环境的变化实现快速应激式运动决策，从而增强机器人在复杂非结构动态环境下的灵活性与适应能力。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，尤其涉及一种轮腿机器人应激式运动姿态转换方法及系统。

背景技术

轮腿机器人是一种结合了轮式机器人的高机动性和腿式机器人的高环境适应性的机器人形态，其在国防安全、灾害救援等方面可替代人类完成作业任务，具有巨大的应用需求。目前，轮腿机器人面向环境突变时的反应速度与人类相距甚远，根本原因在于机器人控制上尚无人类的应激式反应机制，无法根据突变的环境应激的产生闪躲、避让、蜷缩等快速运动模式，制约了其实用化进程，因此机器人模拟人类的应激式反应运动机理是一个亟需解决的基础科学问题。现有技术中也有一些对轮腿机器人对应激式的控制，如CN108594661 A公开了一种基于CPG的轮腿复合式机器人的仿生运动控制方法，包括步骤为：步骤1，CPG网络模型建立；步骤2，节律信号输出；步骤3，函数映射和步骤4，运动执行。本发明根据机器人轮、腿运动模式的不同，将周期性变化信号映射为相应模式的运动控制函数，实现轮、腿运动模式的平稳快速切换。CN 103373407 A涉及轮腿机器人及轮腿的智能切换方法，机器人检测并计算要行走路况前后、左右倾斜情况，并与对应的设定倾斜范围进行比较，以判断是否进行行走方式的切换，若是需要进行切换，则通过舵机控制器控制各舵机动作进行轮腿切换，若是无需切换，则继续先前的行走方式继续行进；

CN 104589348 A提供了一种仿人机器人多模态运动转换方法，所述仿人机器人包括机器人状态感知器，运动数据库，运动控制转换器以及运动稳定控制器。

但是目前机器人多工作在结构环境，因此运动控制方式单一，动作转换时需要操作人员实时控制或预先设定，无法根据实时环境进行运动姿态变换，且运动姿态转换速度慢。其次轮腿式机器人工作有两种控制模式，一种是轮式运动模式，另一种式足式运动模式，两种模式的动力学模型差异较大，两种基本运动模式下的各动作的控制算法也不尽相同，在相互转换时存在运动模式及模态切换时面临控制算法结构或主要参数突变的问题易失稳。无法实现轮腿机器人在非结构环境中工作。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种轮腿机器人应激式运动姿态转换方法及系统，提高轮腿机器人对复杂非结构环境的响应速度，提高机器人对非结构动态环境的下的灵活性与适应能力。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种轮腿机器人应激式运动姿态转换方法，分别构建非结构环境数据库和预设反应行为模块库，利用非结构环境的外界刺激评价函数F＝aS+bM将非结构环境数据库与预设反应行为模块库进行关联；进而实现机器人在非结构环境工作时能根据环境的变化实现多种运动姿态相互快速转换，其中，a、b分别为外界刺激评价函数的系数，S代表机器人本体在刺激时刻的姿态信息，M代表外界环境的刺激信息。

进一步，所述非结构环境数据库内存储机器人工作时所有可能遇到的环境情况即机器人所有可能受到的刺激；

进一步，所述预设反应行为模块库内存有应激式运动姿态；所述应激式运动姿态包括轮式运动和腿式运动姿态，能实现轮式运动和腿式运动之间的切换。