[发明专利]四足机器人着地足力分配方法、装置、终端及计算机可读存储介质

说明书

本发明公开了一种四足机器人着地足力分配方法，包括：于同一笛卡尔坐标系中建立机身的虚拟模型与各足端的阻抗模型；基于力/力矩平衡关系确定所述虚拟模型与所述阻抗模型之间的刚度映射关系；引入摩擦锥约束与内力平衡约束以确定着地足力的X/Y/Z轴向分量之间的线性关系；根据机身于笛卡尔坐标系中的当前位姿与期望位姿之间的偏差值，确定所述机身的虚拟力‑虚拟力矩；基于牛顿‑欧拉方程，根据所述刚度映射关系、所述着地足力的X/Y/Z轴向分量之间的线性关系、所述机身的虚拟力‑虚拟力矩计算各支撑足的着地足力的X/Y/Z轴向分量。该四足机器人着地足力分配方法可实现对着地足力的解析解的快速求解计算，具有计算效率高、硬件成本低的优点。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地来说，是一种四足机器人着地足力分配方法、装置、终端及计算机可读存储介质。

背景技术

足式机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，多学科交叉、复杂程度高，吸引了众多科研机构、科技公司的目光聚焦，各国也相继投入巨资开展研究。

行走中的足式机器人，可被认为是多自由度的并联系统。足力对机身平衡起着决定性作用，尤其是当机器人行走于不规则路面上，足端支撑力的变化会使机器人机身的姿态发生改变，进而影响稳定性。为此，业界对足力控制进行了大量研究。

目前，足端力一般通过数值解析求取数值解，无法通过严格的公式计算得到解析解。数值方法计算量庞大，效率很低，对于机器人的控制灵敏度有着明显的负面影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种四足机器人着地足力分配方法、装置、终端及计算机可读存储介质，实现对着地足力的解析解的快速求解计算，具有计算效率高、硬件成本低的优点。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种四足机器人着地足力分配方法，包括：

于同一笛卡尔坐标系中建立机身的虚拟模型与各足端的阻抗模型；

基于力/力矩平衡关系确定所述虚拟模型与所述阻抗模型之间的刚度映射关系；

引入摩擦锥约束与内力平衡约束以确定着地足力的X/Y/Z轴向分量之间的线性关系，X轴向为机器人的进退方向，Y轴向为机器人的横移方向，Z轴向为铅垂方向；

获取机身于笛卡尔坐标系中的当前位姿，并计算其与期望位姿之间的偏差值，根据所述偏差值确定所述机身的虚拟力-虚拟力矩；

基于牛顿-欧拉方程，根据所述刚度映射关系、所述着地足力的X/Y/Z轴向分量之间的线性关系、所述机身的虚拟力-虚拟力矩计算各支撑足的着地足力的X/Y/Z轴向分量。

作为上述技术方案的改进，所述“于同一笛卡尔坐标系中建立机身的虚拟模型与各足端的阻抗模型”包括：

于所述机身的质心建立笛卡尔坐标系；

于所述机身的质心施加分别沿X周向、Y周向及Z轴向的虚拟弹簧-阻尼元件，从而建立所述机身的虚拟模型；

将着地足端简化为支撑点，于所述支撑点施加沿X轴向、Y轴向、Z轴向的虚拟弹簧-阻尼元件，从而建立各足端的阻抗模型。

作为上述技术方案的进一步改进，所述刚度映射关系为：

n-机器人的足数；

k_θx,k_θy,k_Cz-机身沿X/Y周向的角刚度及沿Z轴向的线刚度；

k_iz-第i足端沿Z轴向的线刚度；