[发明专利]四足奔跑步态规划方法、装置及机器人控制设备

权利要求书

1.一种四足奔跑步态规划方法，其特征在于，所述方法包括：

获取四足机器人在当前奔跑步态周期的奔跑规划期望参数，其中所述奔跑规划期望参数包括期望前向平均速度以及与质心移动规划模型适配的期望模型特征信息；

根据所述期望前向平均速度以及所述期望模型特征信息调用所述质心移动规划模型针对所述四足机器人进行质心轨迹规划，得到所述四足机器人在当前奔跑步态周期内的质心移动期望轨迹；

根据所述期望前向平均速度以及所述质心移动期望轨迹，确定所述当前奔跑步态周期内每个单步周期的腾空落足期望位置相对于对应质心期望位置的期望前向偏移量；

对所述质心移动期望轨迹以及所有单步周期各自的期望前向偏移量进行数据集成，得到所述四足机器人在当前奔跑步态周期的奔跑期望轨迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述奔跑步态周期包括连续的两个单步周期，每个单步周期包括连续的一个单步支撑期及一个单步腾空期，所述质心移动规划模型包括与单步周期的单步支撑期对应的第一质心移动模拟模型及与单步周期的单步腾空期对应的第二质心移动模拟模型，所述期望模型特征信息包括与所述第一质心移动模拟模型对应的期望模型数据、所述单步腾空期的期望腾空期时长、所述单步支撑期的期望支撑期时长和期望前向速度变化量，质心移动期望轨迹包括与所述单步支撑期对应的第一质心高度变化轨迹和第一质心前向变化轨迹，以及与所述单步腾空期对应的第二质心高度变化轨迹和第二质心前向变化轨迹；

所述根据所述期望前向平均速度以及所述期望模型特征信息调用所述质心移动规划模型针对所述四足机器人进行质心轨迹规划，得到所述四足机器人在当前奔跑步态周期内的质心移动期望轨迹的步骤，包括：

根据所述期望支撑期时长、所述期望腾空期时长及所述期望模型数据在所述第一质心移动模拟模型处进行弹簧负载倒立摆形变模拟，得到每个单步支撑期的所述第一质心高度变化轨迹；

针对每个单步腾空期，基于该单步腾空期所在的单步周期内的单步支撑期的所述第一质心高度变化轨迹在所述第二质心移动模拟模型处进行自由落体运动模拟，得到该单步腾空期的所述第二质心高度变化轨迹；

根据所述期望前向速度变化量、所述期望支撑期时长、所述期望腾空期时长及所述期望模型数据，计算所述四足机器人在不同单步支撑期处的前向起始期望速度及前向终止期望速度；

针对每个单步支撑期，根据该单步支撑期的前向起始期望速度在所述第一质心移动模拟模型处进行线性倒立摆形变模拟，得到该单步支撑期的第一质心前向变化轨迹；

针对每个单步腾空期，基于该单步腾空期所在的单步周期内的单步支撑期的所述第一质心前向变化轨迹在所述第二质心移动模拟模型处进行匀速前向运动模拟，得到该单步腾空期的所述第二质心前向变化轨迹。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单个单步支撑期的第一质心高度变化轨迹采用如下式子进行表达：

其中

单个单步支撑期的第一质心前向变化轨迹采用如下式子进行表达：

其中

其中，z(t)用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内停留时长t时的质心高度，用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内停留时长t时的质心高度变化速度，用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内停留时长t时的质心高度变化加速度，r用于表示所述期望模型数据包括的与弹簧负载倒立摆形变模拟操作对应的期望虚拟弹簧原长，k用于表示所述期望模型数据包括的与弹簧负载倒立摆形变模拟操作对应的期望虚拟弹簧刚度，m用于表示所述四足机器人的质心质量，T_s用于表示对应单步支撑期的期望支撑期时长，T_f用于表示单个单步腾空期的期望腾空期时长，g用于表示重力加速度，x(t)用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内停留时长t时的质心前向位置，用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内停留时长t时的质心前向速度，用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内停留时长t时的质心前向加速度，用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内的支撑足受力位置与质心前向位置x(t)之间的前向距离，H用于表示所述期望模型数据包括的与线性倒立摆形变模拟操作对应的期望质心模拟高度，用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内的质心前向起始位置，用于表示所述四足机器人在对应单步支撑期内的前向起始期望速度。