[发明专利]一种具有腰部自由度四足机器人的控制方法

摘要

本发明公开了一种具有腰部自由度四足机器人的控制方法，属于仿生机器人领域。建立具有腰部自由度的四足机器人的运动学模型和动力学模型，计算各步态参数，配合逆运动学模型进行解算，得到四足机器人13维电机转动量的预期值，分别输入动力学模型和关节PD控制器中；动力学模型计算出13个关节实时的角度，结合每条腿的足底三维力数据f输入动力学模型中，输出为各关节力矩向量集合τd；关节PD控制器通过电机位置反馈数据θact计算出力矩向量τj。将各关节力矩向量集合τd以及力矩向量τj共同作为动力学模型的前馈输入，控制机器人本体的电机力矩，实现对执行机构的闭环控制。本发明使机器人实现更加良好控制效果以及控制精度，容易实现故障情况下故障的定位与修复。

主权项

1.一种具有腰部自由度四足机器人的控制方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一、建立具有腰部自由度的四足机器人的运动学模型；该四足机器人包括13个自由度和两层控制器；13个自由度包括每条腿均有2个髋关节自由度和1个膝关节自由度，以及腰部有一个自由度；两层控制器包括顶层的电机控制器以及底层的关节PD控制器；运动学模型包括正运动学模型和逆运动学模型；步骤二、通过牛顿‑欧拉法建立带有腰部自由度的四足机器人的动力学模型；动力学模型如下：其中，M(q)表示惯量矩阵；q是19维状态向量，代表6自由度基座状态，4条腿12关节的角度，以及1个腰部关节的角度；表示向心力和科氏力，G(q)表示重力，为雅克比矩阵的转置，表示外部接触力，τ为13维关节力矩向量，S为选择矩阵；步骤三、将轨迹指令输入步态规划算法，计算出具体的各步态参数；步态参数包括：基座的位置预期值x_baseplan、姿态预期值θ_baseplan以及腿部的落足点预期值x_swingplan；针对不同的步态参数，分别利用不同的步态参数生成方法得到；步骤四、将各步态参数分别输入基座控制器与腿部控制器，配合逆运动学模型进行解算，得到四足机器人13维电机转动量的预期值θ_d；步骤五、将13维电机转动量的预期值θ_d分别输入动力学模型和关节PD控制器中；步骤六、动力学模型计算出13个关节实时的角度，并结合采集的每条腿的足底三维力数据f输入动力学模型中，输出为各关节力矩向量集合τ_d；步骤七、关节PD控制器通过输入13维电机转动量的预期值θ_d，以及电机位置反馈数据θ_act计算出力矩向量τ_j；步骤八、将各关节力矩向量集合τ_d以及力矩向量τ_j共同作为动力学模型的前馈输入，控制机器人本体的电机力矩，实现对执行机构的闭环控制。