[发明专利]基于腿臂复用六足机器人的控制方法和机器人

说明书

本发明涉及基于腿臂复用六足机器人的控制方法和机器人，包括以下步骤：以腿臂复用六足机器人的躯干质心为原点构建模型，利用机器人腿部支撑点相对于质心点的位置向量和躯干质心处的虚拟支撑力，获取机器人各支撑腿的前馈力；利用机器人躯干的浮动自由度、机器人关节的运动自由度和已获得的各支撑腿前馈力，构建机器人全身动力学模型，获取机器人各支撑腿的关节扭矩；利用机器人位置坐标的变化，获取机器人非支撑腿摆动轨迹中的关节角度和关节扭矩；基于各支撑腿的关节扭矩和非支撑腿的关节角度与关节扭矩实现机器人控制。可实时优化支撑力并调整运动轨迹，实现外力扰动下的鲁棒运动；臂式作业时灵活配置为单臂和双臂模式，实现推移等多种作业。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，具体为基于腿臂复用六足机器人的控制方法和机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

腿足式机器人是机械结构形成“腿/足”的结构实现移动机器人，例如双足、四足等腿足式机器人，因其离散落足的特点，使得在复杂环境适应性、灵敏性等具有与轮式和履带式等移动机器人无法相比的优势，是非结构环境下探测巡检、物资运输、震后救援、危险环境侦察等需求的良好移动平台。

腿足式机器人作为移动平台往往缺少一定的作业能力，如面向工厂巡检不仅需要机器人具备移动能力同样需要开关阀门、移除障碍等应急的作业能力；面向未知环境探测不仅需要移动能力也需要样本采集、载荷投放等作业能力。

当前赋予腿足机器人作业能力主要有三种方法：

一是类人形双足双臂机器人，利用双足实现移动，双臂实现作业，如波士顿动力的Atlas、本田的Asimo等，但双足相对与多足机器人来说静态稳定能力不足，需要实时姿态调节保持稳定，控制技术难度大、负载能力有限；

二是四足机器人，由躯干安装机械臂，例如波士顿动力的Spot机器人，虽然该方法可实现机器人的移动和作业，但用于作业的臂对足相对机器人本体来说增加了负重、占用机器人硬件和结构资源、增加能量消耗，且臂在非任务时也需要实时处于工作状态以维持稳定，增加了功率；

三是具备足臂复用功能的多足机器人，其肢体可实现运动时为足，作业时为臂，但当前这类机器人较少，且主要是舵机驱动的小型机器人，不具备灵活步态运动和作业能力。

可见，目前在腿足机器人运动控制方法上，针对双足、四足、六足等机器人的步态运动方法很多，但无法针对腿臂复用六足机器人实现步态运动与臂式作业协调控制的方法。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供基于腿臂复用六足机器人的控制方法和机器人，通过变换中间的腿机构可实现六足、四足双臂等运动模式，步态运动过程中可实时优化支撑力并调整运动轨迹，实现一定外力扰动下的鲁棒运动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供基于腿臂复用六足机器人的控制方法，包括以下步骤：

以腿臂复用六足机器人的躯干质心为原点构建模型，利用机器人腿部支撑点相对于质心点的位置向量和躯干质心处的虚拟支撑力，获取机器人各支撑腿的前馈力；

利用机器人躯干的浮动自由度、机器人关节的运动自由度和已获得的各支撑腿前馈力，构建机器人全身动力学模型，获取机器人各支撑腿的关节扭矩；

利用机器人位置坐标的变化，获取机器人非支撑腿摆动轨迹中的关节角度和关节扭矩；

基于机器人各支撑腿的关节扭矩和非支撑腿的关节角度与关节扭矩实现机器人控制。

获取机器人各支撑腿前馈力的过程中，将机器人躯干质心处设定的虚拟支撑力分配到支撑腿上，获取各支撑腿在设定坐标系下的虚拟支撑力。