[发明专利]四足机器人足端触地检测方法及系统

说明书

本发明涉及四足机器人足端触地检测方法及系统，包括以下步骤：S1，计算每条腿的足端离地高度，根据每条腿的足端离地高度计算出其足端高度接触概率；根据每条腿的膝关节扭矩计算出其膝关节扭矩接触概率；S2，根据四条腿的步态规划接触概率、足端高度接触概率、膝关节扭矩接触概率，利用卡尔曼滤波融合得到最终的四腿足端接触概率；根据所述四腿足端接触概率，判断足端触地状态。本发明在不部署多余的传感器在足端的前提下，依靠四足机器人本体基础传感器和融合算法精确估计足端与地面之间的接触状态，可解决传感器布线难题；本发明即使在崎岖地形或阶跃地形，依然可得到可靠的触地状态。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及四足机器人足端触地检测方法及系统。

背景技术

目前，四足机器人足端触地状态检测主要有以下三种方式：

一、根据步态规划判断当前时刻足端触地状态；

二、在足端部署布尔量传感器，如接触开关等，判断足端触地状态；

三、在足端部署气压或者压力传感器，检测足端与地面之间压力的模拟量，通过模拟量的大小判断足端接触状态。

上述三种方式各自具有以下缺陷：

方式一：要求地形平整，如果在崎岖地形或阶跃地形，根据规划得到的触地状态不可靠；

方式二：传感器安装困难，使用寿命低，长期使用不可靠；

方式三：传感器部署在足端，电气走线困难，传感器本身对机械结构、材料要求较高，整体部署成本高。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供四足机器人足端触地检测方法及系统。

本发明通过下述技术方案实现：

四足机器人足端触地检测方法，包括以下步骤：

S1，计算每条腿的足端离地高度，根据每条腿的足端离地高度计算出其足端高度接触概率；

根据每条腿的膝关节扭矩计算出其膝关节扭矩接触概率；

根据步态相位计算出步态规划接触概率；

S2，根据四条腿的步态规划接触概率、足端高度接触概率、膝关节扭矩接触概率，利用卡尔曼滤波融合得到最终的四腿足端接触概率；根据所述四腿足端接触概率，判断足端触地状态。

进一步的，采用公式（1）计算足端高度接触概率：

（1）

式（1）中，表示足端离地高度，为接触时足端离地高度均值、为足端离地高度的方差。

进一步的，采用公式（2）计算膝关节扭矩接触概率：

（2）

式（2）中，表示膝关节扭矩，为接触时膝关节扭矩均值、为膝关节扭矩的方差。

进一步的，四足机器人的步态是周期变化的，在每一个步态周期中步态相位在0-1之间递增，每个步态周期按腿部运动状态分为接触阶段和摆动阶段；

0≤步态相位为接触阶段，步态相位1为摆动阶段；

在规划接触阶段，采用公式（3）计算步态规划接触概率：

（3）

在规划摆动阶段，采用公式（4）计算步态规划接触概率：

（4）