大型四足機器人對角小跑步態(tài)的規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型四足機器人對角小跑步態(tài)的規(guī)劃方法，一個完整的對角小跑步態(tài)周期T包含起始相位、T/4相位、T/2相位、3T/4相位和完成相位五個關(guān)鍵姿勢，肘式關(guān)節(jié)型腿髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角在支撐相時從最小值(α-Ah)變化到最大值(α+Ah)，擺動相時從最大值(α+Ah)變化到最小值(α-Ah)，膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角在支撐相時不變，擺動相時先從最大值π-(α+β)變化到最小值π-(α+β)-Ak，再從最小值π-(α+β)-Ak恢復(fù)到最大值π-(α+β)；膝式關(guān)節(jié)型腿髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角在支撐相時從最大值(α+Ah)變化到最小值(α-Ah)，擺動相時從最小值(α-Ah)變化到最大值(α+Ah)，膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角在支撐相時不變，在擺動相時先從最大值π-(α+β)變化到最小值π-(α+β)-Ak，再從最小值π-(α+β)-Ak恢復(fù)到最大值π-(α+β)。本發(fā)明，通過對大型四足機器人對角小跑步態(tài)的規(guī)劃，使其運行更加合理，提高了穩(wěn)定性。
【專利說明】 大型四足機器人對角小跑步態(tài)的規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及四足機器人，具體涉及大型四足機器人對角小跑步態(tài)的規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002]四足機器人是足式機器人中應(yīng)用最廣泛的一類，與二足機器人相比，其承載能力更強、穩(wěn)定性更好；與六足、八足機器人相比，其結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活、能耗效率更高。
[0003]四足機器人的步行基本都是模仿四足動物的運動形式，在四足機器人中通常用“步態(tài)”來描述其步行運動形式，步態(tài)即為機器人步行時的一種邁腿方式，通俗地概括為:步態(tài)(Gait)是指四足機器人在步行過程中各條腿的移動順序。規(guī)范地定義為:步態(tài)(Gait)是指在運動過程中，四足機器人的肢體在時間和空間上的一種協(xié)調(diào)關(guān)系，是移動腿有規(guī)律的重復(fù)順序和方式。也是指機器人的每條腿腳按一定的順序和軌跡的運動過程，正是由于這一運動過程實現(xiàn)了機器人的步行運動。步態(tài)規(guī)劃是研究四足機器人的一個很重要的參數(shù)，是確保四足機器人穩(wěn)定行走至關(guān)重要的因素。
[0004]對角小跑步態(tài)是哺乳類動物中最常見的一種步態(tài)姿勢，是動物所有行走步態(tài)中能耗效率最高的一種步態(tài)，其可以幫助動物在消耗最少能量的條件下獲得最快的步行速度。因此，對角小跑步態(tài)是移動機器人移動效率最聞的一種步態(tài)。
[0005]眾所周知，行走的穩(wěn)定性是四足機器人的關(guān)鍵技術(shù)，控制四足機器人行走穩(wěn)定性的基礎(chǔ)是步態(tài)規(guī)劃。為此，眾多的研究機構(gòu)都對四足步行機器人的步態(tài)規(guī)劃展開了研究，然而，這些研究課題的研究對象都是小型四足步行機器人，在進行步態(tài)規(guī)劃時，主要考慮的是腿部各關(guān)節(jié)變化對整體穩(wěn)定性的影響。因此，這些步態(tài)規(guī)劃應(yīng)用到大型四足機器人時具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提高大型四足機器人對角小跑步態(tài)行走穩(wěn)定性的問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種大型四足機器人對角小跑步態(tài)的規(guī)劃方法，一個完整的對角小跑步態(tài)周期包含對角小跑步態(tài)起始相位姿勢、對角小跑步態(tài)T/4相位姿勢、對角小跑步態(tài)T/2相位姿勢、對角小跑步態(tài)3T/4相位姿勢、對角小跑步態(tài)完成相位姿勢五個關(guān)鍵姿勢，且對角小跑步態(tài)下，每條腿在一個步態(tài)周期內(nèi)均完全遍歷一個支撐相和一個擺動相，其中支撐相的結(jié)束時刻正好是擺動相的起始時刻，左右兩側(cè)腿所處相位嚴(yán)格對立；
[0008]對角小跑過程中，肘式關(guān)節(jié)型腿處于支撐相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,從最小值(a-Ah)變化到最大值(a+Ah)，處于擺動相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角GhW最大值(a+Ah)變化到最小值(a-Ah)，支撐相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,保持不變，恒為π-(α+β)，擺動相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角0,先從最大值π-(α+β)變化到最小值π-( α+β )-Ak,再從最小值π - ( a + β )-Ak恢復(fù)到最大值π-(α+β);膝式關(guān)節(jié)型腿處于支撐相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,從最大值(a+Ah)變化到最小值(a -Ah)，處于擺動相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角Θ h從最小值(a -Ah)變化到最大值(a +Ah)，支撐相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,保持不變，恒為π-(α+β )，擺動相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角β 1!先從最大值π-(α+β)變化到最小值π-( α+β )-Ak,再從最小值π - ( α + β )-Ak恢復(fù)到最大值
J1-( α +β )；
【權(quán)利要求】
1.大型四足機器人對角小跑步態(tài)的規(guī)劃方法，其特征在于， 一個完整的對角小跑步態(tài)周期包含對角小跑步態(tài)起始相位姿勢、對角小跑步態(tài)T/4相位姿勢、對角小跑步態(tài)T/2相位姿勢、對角小跑步態(tài)3T/4相位姿勢、對角小跑步態(tài)完成相位姿勢五個關(guān)鍵姿勢，且對角小跑步態(tài)下，每條腿在一個步態(tài)周期內(nèi)均完全遍歷一個支撐相和一個擺動相，其中支撐相的結(jié)束時刻正好是擺動相的起始時刻，左右兩側(cè)腿所處相位嚴(yán)格對立； 對角小跑過程中，肘式關(guān)節(jié)型腿處于支撐相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,從最小值(a-Ah)變化到最大值(a +Ah)，處于擺動相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角Θ h從最大值(a +Ah)變化到最小值(a -Ah)，支撐相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,保持不變，恒為π-(α+β)，擺動相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角0k先從最大值π -( α +β )變化到最小值J1-( α +β ) -Ak,再從最小值π -( α +β ) -Ak恢復(fù)到最大值π-(α+β);膝式關(guān)節(jié)型腿處于支撐相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,從最大值(a+Ah)變化到最小值(a -Ah)，處于擺動相時髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角Θ h從最小值(a -Ah)變化到最大值(a +Ah)，支撐相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角9,保持不變，恒為π-(α+β )，擺動相時膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角從最大值J1-(α+β)變化到最小值π-( α+β )-Ak,再從最小值π-( α+β )-Ak恢復(fù)到最大值
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對角小跑過程中，各條腿的相應(yīng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角函數(shù)如下:

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括起步步態(tài)序列，起步步態(tài)由下蹲姿勢經(jīng)起步過渡姿勢到達起始相位姿勢，起步步態(tài)過程中各關(guān)節(jié)的控制函數(shù)如下:
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括收步步態(tài)，收步步態(tài)自完成相位姿勢經(jīng)收步過渡姿勢到達蹲起姿勢，收步步態(tài)過程中各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角控制函數(shù)如下:
【文檔編號】G05D1/02GK103955217SQ201410171765
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】韓曉建, ?？? 孫宇, 劉溢 申請人:中科宇博（北京）文化有限公司