[发明专利]一种四足机器人转弯控制方法及系统

权利要求书

1.一种四足机器人转弯控制方法，其特征在于，包括：

构建四足机器人模型；所述四足机器人模型包括机架、左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和多个舵机；所述左前腿、所述右前腿、所述左后腿和所述右后腿均与所述机架连接，所述左前腿、所述右前腿、所述左后腿和所述右后腿均由独立的所述舵机进行运动控制；

若左转为目标转向方向，则控制所述舵机转动，使所述左后腿的膝关节结构置于水平面处并保持静止，所述左前腿的足端悬空，并按照预设时间间隔不断接触地面，所述右后腿进入摆动相，并当所述右后腿的足端接触地面后，所述右前腿进入支撑相，当所述右前腿进入支撑相后，所述右前腿进入摆动相，并当所述右前腿的足端接触地面后，所述右前腿进入支撑相，以实现所述四足机器人模型的左转；

若右转为目标转向方向，则控制所述舵机转动，使所述右后腿的膝关节结构置于水平面处并保持静止，所述右前腿的足端悬空，并按照预设时间间隔不断接触地面，所述左后腿进入摆动相，并当所述左后腿的足端接触地面后，所述左前腿进入支撑相，当所述左前腿进入支撑相后，所述左前腿进入摆动相，并当所述左前腿的足端接触地面后，所述左前腿进入支撑相，以实现所述四足机器人模型的右转；

所述控制所述舵机转动，包括：

选取足端对于腿的固支端坐标系下的位置函数；所述位置函数包括第一角度和第二角度；

根据所述位置函数构建足端的坐标值函数；所述坐标值函数的公式为：其中，y为所述足端的纵向坐标值；x为所述足端的横向坐标值；l₁为所述固支端到所述膝关节结构的长度；l₂为所述膝关节结构到所述足端的长度；θ₁为所述第一角度；θ₂为所述第二角度；

根据所述位置函数和足端速度构建雅克比计算式；

对所述雅克比计算式进行求导，得到所述足端的坐标系中的速度矩阵；

根据所述速度矩阵进行旋转变换，得到所述足端在基坐标系下的速度；

根据所述足端在基坐标系下的速度确定第一雅克比矩阵；

对所述第一雅克比矩阵进行求导，得到第二雅克比矩阵；

根据所述第二雅克比矩阵和所述坐标值函数确定所述第一角度的数值和所述第二角度的数值；

根据所述第一角度的数值和所述第二角度的数值确定所有的足端位置点所组成的足端运动空间；

基于所述坐标值函数、所述固支端到所述膝关节结构的长度、所述膝关节结构到所述足端的长度对所述足端运动空间进行运动空间约束，得到各个单腿足端的工作空间；根据各个所述工作空间控制对应的所述舵机进行转动；

所述足端在基坐标系下的速度的公式为：

其中，为所述速度；s₁为sinθ1；s₁₂为sin(θ1+θ2)；c₁为cosθ1；c₁₂为cos(θ1+θ2)。

2.根据权利要求1所述的四足机器人转弯控制方法，其特征在于，所述第一雅克比矩阵的公式为：其中，J(θ)为所述第一雅克比矩阵。

3.根据权利要求2所述的四足机器人转弯控制方法，其特征在于，所述第二雅克比矩阵的公式为：其中，a为加速度。

4.一种四足机器人转弯控制系统，其特征在于，包括：

机器人组建单元，用于构建四足机器人模型；所述四足机器人模型包括机架、左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和多个舵机；所述左前腿、所述右前腿、所述左后腿和所述右后腿均与所述机架连接，所述左前腿、所述右前腿、所述左后腿和所述右后腿均由独立的所述舵机进行运动控制；

第一控制单元，用于当左转为目标转向方向时，控制所述舵机转动，使所述左后腿的膝关节结构置于水平面处并保持静止，所述左前腿的足端悬空，并按照预设时间间隔不断接触地面，所述右后腿进入摆动相，并当所述右后腿的足端接触地面后，所述右前腿进入支撑相，当所述右前腿进入支撑相后，所述右前腿进入摆动相，并当所述右前腿的足端接触地面后，所述右前腿进入支撑相，以实现所述四足机器人模型的左转；

第二控制单元，用于当右转为目标转向方向时，控制所述舵机转动，使所述右后腿的膝关节结构置于水平面处并保持静止，所述右前腿的足端悬空，并按照预设时间间隔不断接触地面，所述左后腿进入摆动相，并当所述左后腿的足端接触地面后，所述左前腿进入支撑相，当所述左前腿进入支撑相后，所述左前腿进入摆动相，并当所述左前腿的足端接触地面后，所述左前腿进入支撑相，以实现所述四足机器人模型的右转；

所述控制所述舵机转动，包括：

选取足端对于腿的固支端坐标系下的位置函数；所述位置函数包括第一角度和第二角度；

根据所述位置函数构建足端的坐标值函数；所述坐标值函数的公式为：其中，y为所述足端的纵向坐标值；x为所述足端的横向坐标值；l₁为所述固支端到所述膝关节结构的长度；l₂为所述膝关节结构到所述足端的长度；θ₁为所述第一角度；θ₂为所述第二角度；

根据所述位置函数和足端速度构建雅克比计算式；

对所述雅克比计算式进行求导，得到所述足端的坐标系中的速度矩阵；

根据所述速度矩阵进行旋转变换，得到所述足端在基坐标系下的速度；

根据所述足端在基坐标系下的速度确定第一雅克比矩阵；

对所述第一雅克比矩阵进行求导，得到第二雅克比矩阵；

根据所述第二雅克比矩阵和所述坐标值函数确定所述第一角度的数值和所述第二角度的数值；

根据所述第一角度的数值和所述第二角度的数值确定所有的足端位置点所组成的足端运动空间；

基于所述坐标值函数、所述固支端到所述膝关节结构的长度、所述膝关节结构到所述足端的长度对所述足端运动空间进行运动空间约束，得到各个单腿足端的工作空间；根据各个所述工作空间控制对应的所述舵机进行转动；

所述足端在基坐标系下的速度的公式为：

其中，为所述速度；s₁为sinθ1；s₁₂为sin(θ1+θ2)；c₁为cosθ1；c₁₂为cos(θ1+θ2)。