[发明专利]一种面向未知崎岖地形的四足机器人运动规划方法

说明书

本发明公开了一种面向未知崎岖地形的四足机器人运动规划方法，四足机器人在面向崎岖地形时采用爬行步态。在单腿摆动相，摆动腿沿着规划的足端轨迹进行摆动，同时，机器人的重心通过支撑腿的运动沿着规划的路径进行前向运动；在四足支撑相，机器人的重心在沿着规划的路径进行前向运动的同时进行侧向移动。本发明基于COG与ZMP双稳定性判据实现了机器人的在线轨迹规划，针对地形未知的情况，充分考虑摆动腿提前落地以及滞后落地的可能，通过摆动腿的落地规划和感知策略估算未知地形的参数，实现了机器人对未知地形高度与坡度的自适应，根据运动规划结果，机器人实现了面向未知崎岖地形的连续自适应行走。

技术领域

本发明属于机器人运动规划领域，具体涉及一种四足机器人运动规划方法，使得机器人能够平稳地通过未知崎岖地形。

背景技术

长期以来，轮式和履带式机器人由于移动速度快、运动效率高、控制方便等优点，一直是地面移动机器人的首选。但是，现有的轮式和履带式机器人主要应用于平地或者近似平坦的地形，很难适应各种复杂的地形，而人与动物可以通过腿足的运动方式到达陆地上任何地方，这就促使了腿式机器人的发展。

四足机器人作为常见四足哺乳动物的仿生再造，其依靠腿足运动几乎能在任何地面上活动，可以应对各种复杂地形。进一步从制造成本和控制难易程度等方面综合衡量，四足机器人是当前最佳的腿式机器人形式，其在非结构化地形环境下的物资运输、勘探侦查以及救援救灾等领域具有较好的应用前景。

机器人运动规划是解决移动机器人运动的核心问题之一，其实质是根据运动目标与环境地形，在构型空间中求解一条从起始位姿点到目标位姿点的连续路径。在构型空间中，机器人被当作一个点，每一个位姿点代表着机器人在物理空间中的位置和方位，而对于腿式机器人，其对应于一个具体的腿关节构型。

经检索，目前国内外对四足机器人的研究已经较为丰富，主要集中于机械结构设计与四足步态研究，如美国专利申请号7598695的发明专利公开了一种可以实现爬行步态的小型四足机器人，但是对于面向复杂崎岖地形的四足机器人运动规划方法研究较少，中国专利申请号201310014887.5的发明专利公开了一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，但是该方法需要激光与立体视觉传感器对四足机器人的运动环境进行局部检测与精确建模，其运动规划结果的好坏决定于机器人与地形模型的准确性，而实际环境下很难做到精确建模；中国专利申请号201410579726.5的发明专利公开了一种四足机器人自由步态生成方法，该步态有效提高了四足机器人对地形的适应性，但是该方法需要预先知道地形的信息以搜寻最优的落脚点，而且机器人仅在四足支撑阶段进行前向运动，使得机器人移动速度较慢且运动不连续。上述研究并没有考虑在无崎岖地形先验知识的情况下，四足机器人的自适应行走问题。本发明以提高机器人对地形的适应能力为目标，兼顾移动速度，保证运动连续性，实现机器人面向未知崎岖地形的自适应行走。

发明内容

本发明针对现有的四足机器人运动规划方法存在的不足，提出一种面向未知崎岖地形的四足机器人运动规划方法，在保证运动连续的前提下，使四足机器人能够稳定地通过未知崎岖地形。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

四足机器人在面向崎岖地形时宜采用爬行步态。作为一种静态步态，爬行步态具有更加强大的地形适应能力，可最大化提高机器人在崎岖地形的通行能力。爬行步态四条腿的摆腿顺序为：FL(前左腿，front left)→HR(后右腿，hind right)→FR(前右腿，frontright)→HL(后左腿，hind left)，每个时刻最多只有一条腿在摆动，换而言之，每个时刻至少有三条腿在支撑。