[发明专利]一种足式机器人地形参数的测量方法及系统

说明书

本发明涉及一种足式机器人地形参数的测量方法及系统，包括：计算足式机器人的支撑腿足端位置单位矢量；根据单位矢量计算大地相对于世界坐标系的法向量；根据大地相对于世界坐标系的法向量计算地形参数。本发明的测量方法仅仅利用足式机器人运动控制所必须的传感器信息即可计算出所处地形的地形参数，包括翻滚角以及俯仰角的姿态角，可满足足式机器人运动控制的要求，简单易行、精度高。

技术领域

本发明涉及机器人参数的测量方法，具体涉及一种足式机器人地形参数的测量方法及系统。

背景技术

足式机器人主要应用于非结构化环境中，在非结构化的环境中的行走步态有别于平面环境，对机器人的稳定性要求更高，不断变换的上下坡度更容易使机器人翻倒。足式机器人适应复杂的非结构环境的前提是可以感知周围的地形环境，而现有的足式机器人通常对激光雷达、视频图像信息处理得出外部地形信息，成本高、运算量大。特别对于仅有两条支撑腿的足式机器人步态控制，如双足机器人步态控制，四足机器人两条支撑腿的步态(trot、bound等)控制，仅依靠机器人本体传感器很难获得周围地形参数信息。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种足式机器人地形参数的测量方法及系统，本发明仅利用足式机器人本体传感器的信息进行计算，简单易行且计算量小。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种足式机器人地形参数的测量方法，其改进之处在于：

计算足式机器人的支撑腿足端位置单位矢量；

根据单位矢量计算大地相对于世界坐标系的法向量；

根据大地相对于世界坐标系的法向量计算地形参数。

进一步地，所述计算足式机器人的支撑腿足端位置单位矢量，包括：

根据传感器测量得到足式机器人的支撑腿足端在机身坐标系下的位置矢量；

根据位置矢量得到支撑腿之间的位置矢量差；

根据位置矢量差计算支撑腿足端位置单位矢量。

进一步地，所述支撑腿之间的位置矢量差为：

单位矢量为：

其中：为第一条支撑腿和第二条支撑腿的足端位置矢量，为两条支撑腿足端位置矢量差；为的单位矢量。

进一步地，所述大地相对于世界坐标系的法向量为：

其中：分别为t-1、t时刻足式机器人所处大地相对于世界坐标系法向量，为大地相对于世界坐标系法向量的单位矢量。

进一步地，所述地形参数包括足式机器人所处大地相对于世界坐标系的翻滚角及俯仰角，以及足式机器人所处大地相对于大地坐标系和世界坐标系的机身高度。

进一步地，所述足式机器人所处大地相对于世界坐标系的翻滚角为：

所述足式机器人所处大地相对于世界坐标系的俯仰角为：

其中：G_roll为大地相对于世界坐标系的翻滚角，为在y方向上的分量；G_pitch为大地相对于世界坐标系的俯仰角，为在x方向上的分量，为大地相对于世界坐标系法向量的单位矢量；为在z方向上的分量。

进一步地，所述足式机器人在大地坐标系下的机身高度为：