[发明专利]一种多足机器人的跳跃步态规划方法

权利要求书

1.一种多足机器人的跳跃步态规划方法，其特征在于，包括以下内容：

根据人类立定跳远运动的六个关键状态，明确重心位置以及足端相对于质心的位置变化情况；建立足端位置变化的数学模型，多足机器人的运动学建模；基于运动学求解各关节转角并对其作滤波平滑处理，控制机器人运动；

仿照人类立定跳远运动的过程，径向对称式攀爬六足机器人的跳跃步态可分解为5个子过程：从初始位形到预备阶段、从预备阶段到蹬腿发力、从蹬腿发力到腾空阶段、从腾空阶段到落地缓冲、从落地缓冲到恢复位形过程；

所述5个子运动过程中足端相对于机体中心的竖坐标的插值方式为：

其中，表示中心位于时刻t′且宽度为w、高度为1的矩形窗激活函数；t₀～t₅表示给定的具体时间点；

在机器人的整个跳跃运动过程中，足端相对于机体系的竖坐标变化的数学模型为：

其中，与p_z分别表示初始时刻与当前时刻足端的竖坐标值；

若还希望机器人向正前方跳跃一段距离J_W，则为足端横坐标建立如下插值模型：

其中，与p_x分别表示初始时刻与当前时刻足端的横坐标值；

所述径向对称式攀爬六足机器人的运动学建模过程如下：

第一关节1的轴线ω₁垂直于机体平台，而第二关节2、第三关节3、第四关节4的轴线分别为ω₂、ω₃、ω₄互相平行且都平行于机体平台，在吸盘中心建立足端坐标系{O_fjx_fjy_fjz_fj}，j＝1,2,…,6,其x_fj轴垂直于吸盘面向下，z_fj轴平行于第四关节4的轴线，且y_fj＝z_fj×x_fj；单腿支链的四个主动关节的转动角度依次记为θ₁、θ₃、θ₂、θ₄；

各支链与平台连接点相对于x₀轴的方向角是运动不变量，基于旋量理论与指数积公式可得，足端相对于机体系的位置坐标为：

其中，R、L₁、L₂、L₃、L₄分别表示机体半径、机器人连杆1～连杆4的长度；

由几何约束关系得，该机器人的运动学逆解为：

其中，β与分别表示吸盘面、机体平台与水平面之间的夹角；sign(·)为符号函数；

求解各关节转角并对其作滤波平滑处理具体是采用均值滤波法对基于逆运动学求得的关节角度作平滑处理，以避免角速度的意外突变，然后将滤波后的关节角度发送给机器人以控制其运动；采用的均值滤波函数为

其中，表示k时刻第i个插值点处的关节角度滤波值，与分别表示k时刻和m时刻第i个插值点处的关节角度期望值；K_g为给定的滤波因子。

2.根据权利要求1所述的多足机器人的跳跃步态规划方法，其特征在于：所述六个关键状态包括：

状态一为初始位形；

状态二为预备阶段，降低重心以蓄势；

状态三为蹬腿发力，短时间内腿部发力蹬出，并借势提升重心；

状态四为腾空阶段，足端顺势回收并前摆；

状态五为落地缓冲，落地时屈膝降重心以缓冲支撑面的冲力；

状态六为恢复位形，原地提升重心以恢复到最初位姿。