[发明专利]一种多足机器人的跳跃步态规划方法

说明书

本发明公开了一种多足机器人的跳跃步态规划方法，包括以下步骤：观察并分解人类立定跳远运动，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。本发明针对刚性结构的多足机器人无法凭借弹性装置实现跳跃运动的问题，从运动规划的角度公开了一种多足机器人的跳跃步态规划方法，与以往仅关注机器人弹性结构设计和弹性装置优化不同的是，本发明提出的观察、分解并模仿人类运动过程的方式，为多足机器人通过自学习来增强复杂运动技能提供了新的参考方向。

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，具体涉及一种多足机器人的跳跃步态规划方法。

背景技术

凭借其结构灵活、稳定性好、负载能力大且环境适应能力强等优势，仿生多足机器人将会越来越多地取代人力完成各种复杂、危险的工作，从而在极大地降低成本的同时大大提高大规模作业的效率。然而，有限的运动方式和步态模式限制了多足机器人的优越性能。虽然大多数仿生机器人在外形结构的设计与优化上越来越接近于自然生物，但是其丰富的运动步态还未开发出来。

跳跃运动作为自然生物最基本的一种运动方式，可以帮助自身跨越较大障碍物或应对突发危机，有效提升足式生物的环境适应能力。作为仿生机器人的一种重要形态，多足机器人的跳跃能力也越来越受关注。中国专利CN201410763291.X、CN201710683447.7与CN201811524466.6从结构设计角度开发了有助于机器人跳跃的运动装置。中国专利CN201710218510.X与CN201811087537.0从控制系统设计层面探究了多足机器人的跳跃能力。但是还未有从运动分解与规划角度考虑多足机器人跳跃步态的直接成果。

发明内容

针对不具有弹跳结构的刚性体机器人如何执行复杂跳跃运动的问题，本发明提出通过分解和模仿人类立定跳远运动来指导并实现多足机器人的跳跃步态的方法。

本发明在观察和分解人类立定跳远运动过程的基础上，提出并设计一种适用于多足机器人实现跳跃运动的方法,具体是对多足机器人的跳跃步态的设计与规划。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种多足机器人的跳跃步态规划方法，包括以下内容：

根据分解人类立定跳远运动，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。

优选的，所述人类立定跳远运动分解为六个关键状态。

优选的，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。