CN113126483A - 一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，所述方法为：多足机器人在以标准步态进行移动时，控制器需获取各个关节的位置、速度、加速度信息；获取各个关节的信息，控制器通过运动学正解即可得到机器人整体的位置与姿态信息；通过此刻的位置与姿态信息，对多足机器人的裕度值进行分析，得出下一时刻各个关节需要的位移量；如果不能达到下一时刻的稳定调节，则反馈相应的修正量，对整体位姿状态进行修正，如果满足稳定条件，则继续移动。本发明解决了多足机器人控制灵活度低、稳定性不佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及多足机器人控制技术领域，具体涉及一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法。
背景技术
多足机器人在运动前需要进行步态规划，但是由于关节误差的存在以及路面的不确定性，导致机器人在运动时随时会发生倾倒的危险。传统的机器人稳定控制办法多是从机械结构上进行解决，鲜有从控制策略上进行处理机器人的稳定运动状态。
例如王岳超的实用新型专利“并联稳定块及并联机器人”中通过在夹紧机构间隔设有多个，多个夹紧机构分别用于夹紧小臂的多个支杆，连接机构作用于多个夹紧机构的两端的方式来提高机器人的稳定性。
又如范杨涛等人的发明专利“一种移动机器人稳定机构及装有该稳定机构的移动机器人”通过在机器人内部增加升降支柱和升降机构，在机器人移动时升起或降低机器人的重心以此来提高机器人运动的稳定性。
通过为机器人增加相应的紧固固件，虽然可以有效提高机器人的稳定性，但同时也使得机器人整体更加臃肿，整体灵活程度降低。
发明内容
为此，本发明提供一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，以解决多足机器人控制灵活度低、稳定性不佳的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，所述方法为：
多足机器人在以标准步态进行移动时，控制器需获取各个关节的位置、速度、加速度信息；
获取各个关节的信息，控制器通过运动学正解即可得到机器人整体的位置与姿态信息；
通过此刻的位置与姿态信息，对多足机器人的裕度值进行分析，得出下一时刻各个关节需要的位移量；
如果不能达到下一时刻的稳定调节，则反馈相应的修正量，对整体位姿状态进行修正，如果满足稳定条件，则继续移动。
进一步地，所述多足机器人的裕度分析过程为：通过位置与姿态信息并基于螺旋理论可以得到最终的稳定裕度与位姿的关系公式
式中Sli——为矢量GSli的取模值，即Sli＝|GSli|，i＝1,2,3，R表示冲程，D表示肩宽。
进一步地，所述多足机器人的标准步态包括：机体沿X轴方向移动、机体沿X轴反方向移动、机体沿Y轴方向移动、机体沿Y轴反方向移动、机体沿Z轴顺时针旋转、机体沿Z轴逆时针旋转。
进一步地，所述多足机器人在不同姿态运动过程中，不同的关节处具有不同的位置，并产生相应的运动速度和加速度，通过控制器对各个关节的位置、速度、加速度进行采集获取。
进一步地，所述多足机器人的裕度分析完成后，判断重心投影是否落在支撑腿所构成的三角形内，且通过计算重心投影距离三边的最小距离来给出摆动腿最佳的关节变量。
进一步地，所述支撑腿为机器人运动时接触地面且支撑机体后摆的腿；所述摆动腿为机器人运动时从离开地面到再次接触地面的腿；重心投影为机器人运动时整体重心投影到三支撑腿所构成的三角形平面内的点。
进一步地，所述关节变量需要进行判断，判断是否能够达到接续步伐的稳定调节，满足则继续移动，不满足则对整体姿态进行修正。
本发明具有如下优点：
本发明公开了一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，基于螺旋理论对机构的不同位姿可能发生倾斜翻倒做出的提前预判，即通过机器人上一时刻各个关节的位置与姿态数据对下一动作是否倾斜的一个提前判断，该种稳定控制控制策略与前者相比是从软件算法上进行的，能够在不增加系统冗余度的前提下，提高系统稳定性和控制灵活度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法的摆动支撑腿及重心投影相对位置示意图；
图3为本发明实施例提供的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法的六种标准步态示意图；
图4为本发明实施例提供的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法的某一时刻支撑腿与中心投影示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参考图1，本实施例公开了一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，所述方法为：
多足机器人在以标准步态进行移动时，控制器需获取各个关节的位置、速度、加速度信息；
获取各个关节的信息，控制器通过运动学正解即可得到机器人整体的位置与姿态信息；
通过此刻的位置与姿态信息，对多足机器人的裕度值进行分析，得出下一时刻各个关节需要的位移量；
如果不能达到下一时刻的稳定调节，则反馈相应的修正量，对整体位姿状态进行修正，如果满足稳定条件，则继续移动。
参考,3，多足机器人的标准步态包括：图3a)为Xc步态，机体沿X轴方向移动；图3b)为RXc步态，机体沿X轴反方向移动；图3c)为Yc步态，机体沿Y轴方向移动；图3d)为RYc步态，机体沿Y轴反方向移动；图3e)为Or步态，机体沿Z轴顺时针旋转；图3f)为ROr步态机体沿Z轴逆时针旋转。
多足机器人在不同姿态运动过程中，不同的关节处具有不同的位置，并产生相应的运动速度和加速度，通过控制器对各个关节的位置、速度、加速度进行采集获取。
参考图4，多足机器人的裕度分析过程为：通过位置与姿态信息并基于螺旋理论可以得到最终的稳定裕度与位姿的关系公式
式中Sli——为矢量GSli的取模值，即Sli＝|GSli|，i＝1,2,3，R表示冲程，D表示肩宽。
多足机器人的裕度分析完成后，判断重心投影是否落在支撑腿所构成的三角形内，且通过计算重心投影距离三边的最小距离来给出摆动腿最佳的关节变量。支撑腿为机器人运动时接触地面且支撑机体后摆的腿；参考图2，所述摆动腿为机器人运动时从离开地面到再次接触地面的腿；重心投影为机器人运动时整体重心投影到三支撑腿所构成的三角形平面内的点。对机器人的裕度值进行分析，得出下一时刻各个关节需要的位移量，如果不能达到下一时刻的稳定调节，则反馈相应的修正量，对整体位姿状态进行修正，如果满足稳定条件，则继续移动。
与传统通过调整机械结构来增加系统稳定性相比，本发明所提出的多足机器人控制器的步态稳定控制方法，是基于螺旋理论对机构的不同位姿可能发生倾斜翻倒做出的提前预判，即通过机器人上一时刻各个关节的位置与姿态数据对下一动作是否倾斜的一个提前判断，该种稳定控制控制策略与前者相比是从软件算法上进行的，能够在不增加系统冗余度的前提下，提高系统稳定性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，其特征在于，所述方法为：
多足机器人在以标准步态进行移动时，控制器需获取各个关节的位置、速度、加速度信息；
获取各个关节的信息，控制器通过运动学正解即可得到机器人整体的位置与姿态信息；
通过此刻的位置与姿态信息，对多足机器人的裕度值进行分析，得出下一时刻各个关节需要的位移量；
如果不能达到下一时刻的稳定调节，则反馈相应的修正量，对整体位姿状态进行修正，如果满足稳定条件，则继续移动。
2.如权利要求1所述的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，其特征在于，所述多足机器人的裕度分析过程为：通过位置与姿态信息并基于螺旋理论可以得到最终的稳定裕度与位姿的关系公式
式中Sli——为矢量GSli的取模值，即Sli＝|GSli|，i＝1,2,3，R表示冲程，D表示肩宽。
3.如权利要求1所述的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，其特征在于，所述多足机器人的标准步态包括：机体沿X轴方向移动、机体沿X轴反方向移动、机体沿Y轴方向移动、机体沿Y轴反方向移动、机体沿Z轴顺时针旋转、机体沿Z轴逆时针旋转。
4.如权利要求3所述的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，其特征在于，所述多足机器人在不同姿态运动过程中，不同的关节处具有不同的位置，并产生相应的运动速度和加速度，通过控制器对各个关节的位置、速度、加速度进行采集获取。
5.如权利要求1所述的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，其特征在于，所述多足机器人的裕度分析完成后，判断重心投影是否落在支撑腿所构成的三角形内，且通过计算重心投影距离三边的最小距离来给出摆动腿最佳的关节变量。
6.如权利要求5所述的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，其特征在于，所述支撑腿为机器人运动时接触地面且支撑机体后摆的腿；所述摆动腿为机器人运动时从离开地面到再次接触地面的腿；重心投影为机器人运动时整体重心投影到三支撑腿所构成的三角形平面内的点。
7.如权利要求5所述的一种用于多足机器人控制器的稳定步态控制方法，其特征在于，所述关节变量需要进行判断，判断是否能够达到接续步伐的稳定调节，满足则继续移动，不满足则对整体姿态进行修正。
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