[发明专利]一种液压六足机器人及基于质心起伏的行走步态控制方法

说明书

本发明涉及一种液压六足机器人及基于质心起伏的行走步态控制方法，属于机器人技术领域。该机器人包括躯体及各布设在躯体两侧上的三条液压机械腿，液压机械腿包括根关节、髋关节、大腿杆、膝关节、小腿杆及固设在小腿杆上的足端，其步态控制方法包括依据所规划的足端轨迹控制液压机械腿按三足步态行走，以使六足步行机器人的质心轨迹为余弦曲线轨迹；具体为在跟关节坐标系下，足端轨迹在前进与垂向方向上的分量均为六次多项式且位移、速度与加速度为连续。与现有技术中保持质心高度大致不变的控制方法相比，质心起伏的步态能有效地减少机器人一个步态周期内平均流量和平均功率，从而有效地提高能量的利用率，可广泛应用于机器人技术领域中。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说，涉及一种液压六足机器人及该机器人基于质心起伏的行走步态控制方法。

背景技术

移动机器人作为一种广泛应用于军事工业、抢险救灾等危险性高、劳动强度大领域的机器人，不仅可以降低人类的工作强度，且可以替人类完成危险的工作；在现有移动机器人中，采用液压作为驱动方式的多足步行机器人具有功率密度大、负载高、带宽高、响应快和抗扰动能力强等特性，特别适用于重型多足步行机器人。

对于六足步行机器人的具体结构，如公开号为CN102556198A的专利文献所公开的结构，包括躯体及均匀地分列于该躯体两侧的六条液压机械腿；该六条液压机械腿结构的相同，均包括根关节、臀部、髋关节、大腿杆、膝关节及小腿杆，都具有三个自由度，六条机器人腿；由于六足机器人能够基于三足提供稳定的支撑，而能够更好适应不同行走环境，例如公开号为CN106926995A的专利文献所公开的一种适于海底环境的行走机器人。

基于液压机械腿所构建的六足机器人在行走过程中，所使用步态规划通常为保持机器人质心高度不变的三足步态状态，并基于三足支撑而对行走环境具有更好地适应性；但在行走过程中，存在以下问题，由于通常采用定转速泵源供给液压油，即所供给的油液的压力恒定，而在行走支撑相时，其由于机器人的自重和负载，需高压油源，且由于足端运动的距离较短，所需流量较小；而在摆动相时，需低压油源压，且由于足端运动的距离较远，所需流量较大。导致在恒压液压系统中，阀口存在大量节流损失，易造成大量能量的浪费，即存在六足步行机器人在行走运动过程中存在平均功率高而能量利用率低的问题。

针对上述技术问题，通常的解决方案为通过增设能量回收系统，但是容易导致其整个液压系统较为复杂，且能量回收效率通常较低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种液压六足步行机器人的行走步态控制方法，以能节省步行能量消耗；

本发明的另一目的是提供一种液压六足步行机器人，以能节省步行能量消耗。

为了实现上述主要目的，本发明提供的控制方法用于控制六足步行机器人，该六足步行机器人包括躯体及各布设在躯体两侧上的三条液压机械腿，液压机械腿包括根关节、髋关节、大腿杆、膝关节、小腿杆及固设在小腿杆上的足端；该控制方法包括依据所规划的足端轨迹控制液压机械腿按三足步态行走，以使六足步行机器人的质心轨迹P_com,z(t)为余弦曲线轨迹；在跟关节坐标系下，足端轨迹在前进方向上的分量为P_x(t)，及在垂向上的分量为P_z(t)＝-P_com,z(t)+P_G,z(t)；其中，P_com,z(t)为大地坐标系下的质心轨迹曲线，P_G,z(t)为大地坐标系下的足端轨迹曲线；

(1)在摆动相0tT/2内，

P_x(t)＝(a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³+a₄t⁴+a₅t⁵+a₆t⁶)S+s_i；