[发明专利]一种可变构型的四足机器人运动控制方法及系统

权利要求书

1.一种可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

规划四足机器人的运动步态，且以trot步态作为四足机器人的运动步态，保证机器人的躯干质心投影在两支撑腿足端连线的中间；

利用微分运动学方程，建立以四足机器人的足端位置、速度作为输入的四足机器人的整数规划模型，以建立机器人腿部关节空间与操作空间之间的运动学关联，并获得在期望位置下对应的腿部关节空间变化；

基于冗余自由度，实现对机器人各种构型之间的切换，并避免初始构型处于奇异点；

根据当前构型规划机器人的运动，规划机器人躯干姿态与速度，利用基于足底力的触底检测和时间规划的状态机规划落足点与四足机器人各个腿的运动状态，按照规划的轨迹运动。

2.如权利要求1所述的可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，建立四足机器人的整数规划模型时，具体包括以下步骤：

对四足机器人的躯干、腿部和足端分别建立坐标系；

基于机器人的微分运动学方程，建立以足端位置、速度作为输入的二次整数规划。

3.如权利要求1所述的可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，机器人各种构型之间切换时，机器人的站立高度和步高分别设置为第一变量和第二变量，根据相异的构型改变不同的站高和步高，构型切换后，利用新的高度设置重新规划足端的轨迹规划。

4.如权利要求1或3 所述的可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，对初始构型进行稳定性判断；进行稳定性判断时，使用雅克比矩阵的条件数来表示当前的姿态与机械臂关节冗余之间的距离，由雅可比矩阵得到最大奇异值和最小奇异值，避免四足机器人处于奇异值对应的位置；当判断腿型奇异值对应的位置时，重新规划四足机器人的位置。

5.如权利要求1或3所述的可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，对初始构型进行稳定性判断；进行稳定性判断时，根据机器人在不同的构型下的条件数的大小，判断是否处于奇异点的位置；当机器人位于奇异点时，条件数远大于设定的稳定差时的位置；当判断腿型处于奇异点时，重新规划四足机器人的位置。

6.如权利要求1所述的可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，基于当前构型规划机器人的运动时，对机器人躯干的姿态与速度、对机器人落足点均进行规划。

7.如权利要求6所述的可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，对机器人躯干的姿态与速度进行规划时，包括以下步骤：

把对于四足机器人的运动控制分解为对于支撑相的控制和对于摆动相的控制；

将步态运动的四足运动简化为倒立摆运动，并规划四足机器人的支撑相与摆动相，通过支撑相控制四足机器人躯干的期望俯仰角、期望横滚角和期望速度，并反馈的实际俯仰角、实际横滚角和实际速度。

8.如权利要求7所述的可变构型的四足机器人运动控制方法，其特征在于，使用所述摆动相控制四足机器人的落足点，使用三次曲线规划在空中的运动轨迹；机器人的运行速度通过在摆动相落足点上引入关于速度偏差量的函数调节；通过时间和触地检测状态机相结合来决定每条腿处于摆动相或者支撑相，按照规划的轨迹运动。

9.一种可变构型的四足机器人运动控制系统，其特征在于，包括以下模块：

第一模块，被配置为规划四足机器人的运动步态，且以trot步态作为四足机器人的运动步态，保证机器人的躯干质心投影在两支撑腿足端连线的中间；

建立以四足机器人的足端位置、速度作为输入的四足机器人的整数规划模型；

第二模块，被配置为基于冗余自由度，实现对机器人各种构型之间的切换；

第三模块，被配置为根据当前构型规划并执行机器人的运动。