[发明专利]一种六足机器人节律步态足端轨迹的规划方法

说明书

本发明公开了一种六足机器人节律步态足端轨迹的规划方法，所述方法包括如下步骤：根据三种节律步态类型确定占地系数、一个步态周期内的摆动周期数；规划节律步态的行走步幅与单步步长；规划基于三角函数与S型函数的六足机器人足端运动轨迹插值函数；规划摆动相与支撑相的瞬时步长插值函数表达式；求解六足机器人足端相对机体系的瞬时坐标。本发明所述的节律步态足端轨迹规划方法，参数可以实时调整，能够得到平滑的足端运动轨迹，适用于六足机器人在不同地形下的节律步态的全方位运动。

技术领域

本发明涉及机器人运动规划领域，具体涉及一种六足机器人节律步态足端轨迹的规划方法。

背景技术

在移动机器人领域，足式机器人相较于传统的轮式机器人和履带式机器人，通过离散的落足步态保证了可在非连续的不规则地形中稳定移动，并且多自由度的单腿支链保证了运动的多样性与灵活性，可以更好的适应地形的起伏变化。六足机器人作为足式机器人的代表之一，相对于双足机器人和四足机器人，因有更多的单腿支链，在运动时可使用静态平衡步态，而不需要复杂的动态平衡控制，在稳定性上更胜一筹；相对于八足机器人，因结构更为简单，腿间干涉影响更小，具有更好的步态灵活性。因此，六足机器人被广泛应用在复杂的非结构化地形的工作场景，如洞穴探索、星球探测、战场侦查等。

规划具有高度适应性与灵活性的六足机器人步态是现今研究六足机器人的主要问题。足式机器人的步态规划中可分为两大部分，一是各腿的摆动规则规划，二是足端的轨迹规划。在足端轨迹规划中，目前常用的为三次样条拟合法和五次样条拟合法，例如在专利文件《一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法》中使用了三次样条拟合法进行足端轨迹拟合。三次样条拟合法存在如下问题：一是速度与加速度曲线不平滑，甚至可能出现加速度突变情况，对于关节型机器人会造成不灵影响；二是需要设置多个中间路径点，并确定多条约束关系式，计算量大。五次样条插值法虽然保证了速度的连续性，但存在需确定的约束式更多、参数更多、计算量更为繁杂的不足之处。因此，本发明旨在提出一种具有物理意义明确、计算简单、参数可调的节律步态足端轨迹规划方法，设计出一种具有位置、速度、加速度均平滑变化，且可减少足力冲击的足端轨迹。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种六足机器人节律步态足端轨迹的规划方法，以实现六足机器人足端的平滑运动。

本发明通过以下的技术方案实现。

一种六足机器人节律步态足端轨迹的规划方法，包括步骤：

S1、根据三种节律步态类型确定占地系数、一个步态周期内的摆动周期数；

S2、规划节律步态的行走步幅与单步步长；

S3、规划基于三角函数与S型函数的六足机器人足端运动轨迹插值函数；

S4、规划摆动相与支撑相的瞬时步长插值函数表达式；

S5、求解六足机器人足端相对机体系的瞬时坐标。

优选的，所述步骤S1中，对于节律步态，一个摆动周期中有n条腿同时摆动，则占地系数表示为：δ＝1-n/6，一个步态周期内的摆动周期数表示为：m＝6/n。

优选的，所述步骤S2中，行走步幅S为六足机器人完成一次步态周期的机体质心的位置变化，定义行走步幅S由三个分量构成，表示为(x_s,y_s,θ_s)，其中，分量x_s、y_s分别代表沿x轴、y轴的平移步幅，分量θ_s代表绕z轴的旋转步幅。

优选的，所述步骤S2中，单步步长为六足机器人完成一个摆动周期后足端相对于机体质心基坐标系的位置变化，支撑相对于机身质心的位置变化会驱动机体发生位移，则支撑相的单步步长表示为：-S/m＝-(1-δ)S。