[发明专利]一种四足机器人的运动闭环控制方法

权利要求书

1.一种四足机器人的运动闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采用CPG网络对所述四足机器人的各条腿部分别产生周期性的控制信号，以生成所述四足机器人的前进信号；同时采用比例微分控制对所述四足机器人的机体的姿态进行调整；

所述四足机器人的各个所述腿部上分别设有三个关节：髋部侧摆关节、髋部前向关节和膝部前向关节，其中所述CPG网络用于对所述四足机器人的各条所述腿部的髋部前向关节和膝部前向关节进行控制；所述比例微分控制用于对所述四足机器人处于支撑相的所述腿部的各个关节进行控制；

采用下述公式对所述四足机器人的各条所述腿部进行控制：

q＝q_a+q_c

其中，q表示施加在所述四足机器人的总信号，q_a表示控制所述四足机器人处于支撑相的所述腿部的各个关节的姿态补偿角，q_c是控制所述四足机器人的各条所述腿部的髋部前向关节和膝部前向关节的控制信号；

其中的CPG网络包括分别相应控制所述四足机器人的各条所述腿部的CPG单元，CPG单元采用的模型的表达式为：

Δ_ji＝y_j cosθ_ji-x_j sinθ_ji

其中，i、j表示所述四足机器人的腿部序号，ω_i表示第i条腿部的运动频率，α和β是收敛因子，μ是一个参数，x_i是第i个CPG单元对所述腿部的髋部前向关节的控制信号，y_i是第i个CPG单元对所述腿部的膝部前向关节的控制信号，和分别表示x_i和y_i对应信号的微分，θ_ji代表不同的CPG单元之间的相位差，k∑_jΔ_ji是一个耦合多项式，ω_stance和ω_swing分别代表支撑相频率和摆动相频率，b代表一个常数因子；其中，q_c＝(x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃,x₄,y₄)^T。

2.根据权利要求1所述的四足机器人的运动闭环控制方法，其特征在于，其中y_i信号通过下式进行滤波处理：

其中，c是一个常数因子，θ_ki为经过滤波处理的第i个CPG单元对所述腿部的膝部前向关节的控制信号；其中q_c＝(x₁,θ_k1,x₂,θ_k2,x₃,θ_k3,x₄,θ_k4)^T。

3.根据权利要求1所述的四足机器人的运动闭环控制方法，其特征在于，采用比例微分控制对所述四足机器人的所述机体的姿态进行调整的控制律为：

其中，K＝diag(k₁,k₂,k₃)和B＝diag(b₁,b₂,b₃)，其中k_l和b_l分别是所述四足机器人的所述机体的第l个姿态的比例与微分常数，其中l＝1,2,3；和分别表示所述四足机器人的所述机体的实际姿态的角向量和角速率向量，和分别表示所述四足机器人的所述机体的期望姿态的角向量和角速率向量。

4.根据权利要求1或2所述的四足机器人的运动闭环控制方法，其特征在于，还包括：当所述四足机器人的所述机体的姿态与期望的姿态保持一致时，PD控制器不发生作用；当所述四足机器人的所述机体的姿态发生偏差时，PD控制器根据比例微分控制的控制律产生误差补偿信号，使得所述四足机器人的所述机体按照期望的姿态稳定行进。

5.根据权利要求4所述的四足机器人的运动闭环控制方法，其特征在于，其中PD控制器接受来自力传感器的足端触地信号来判断各个所述腿部的底端的触地状态。