[发明专利]基于地形模糊自适应的四足机器人静步态规划方法

说明书

一种基于地形模糊自适应的四足机器人静步态规划方法，包括以下步骤：（1）根据机器人落足位置信息计算躯干俯仰角；（2）规划躯干运动轨迹，保证机器人在接下来迈步阶段的稳定性；（3）利用机器人两只前足触地时间对所行走地形的复杂度进行估计，并基于模糊算法实现对躯干运动轨迹规划中的参数进行自主调整；（4）完成一个完整的步态周期，重复整个过程。该方法使四足机器人在行走过程中能够根据地形起伏自主调整躯干的俯仰角，有效地提高了四足机器人摆动足跨越障碍物的高度及其地形适应性；有效地避免了出现速度或加速度突变，而造成机器人失去稳定性的情况；实现了四足机器人对地形变化自适应，有效地提高了四足机器人的地形适应性。

技术领域

本发明涉及一种用于四足机器人对地形进行自适应的静步态规划方法，使得四足仿生机器人能够根据地形复杂度的变化自主调整步态参数，以提高其地形适应性，属于机器人控制领域。

背景技术

以四足哺乳动物为仿生对象开发的四足机器人能够跨越崎岖度更高的地形。因此，四足仿生机器人成为机器人研究一个的热点。在四足机器人的研究领域中，步态规划是实现四足机器人在复杂地形上稳定行走的关键要素。四足机器人具有多种步态，而在这些步态中，当机器人使用静步态行走时，任意时刻至少有三只足与地面接触，有效地增加了其在运动过程中的稳定性与鲁棒性。

为顺利通过崎岖度较高的地形，四足机器人一般选用静步态来增大自身的稳定性。“Steady Crawl Gait Generation Algorithm for Quadruped Robots”(AdvancedRobotics,2008,22(13-14):1539-1558)中提出了基于速度的静步态生成算法。“CPGmodulation for navigation and omnidirectional quadruped locomotion”(Roboticsand Autonomous Systems,2012,60(6):912-927)利用CPG(Central Pattern Generators)生成了能够使四足机器人实现全方位移动的静步态。“Improving traversability ofquadruped walking robots using body movement in 3D rough terrains”(Roboticsand Autonomous Systems,2011,59(12):1036-1048)提出了一种可提高四足机器人复杂地形通过能力的静步态规划方法。“基于速度矢量的四足机器人间歇步态规划方法”(机器人,2016,38(5):540-549)为实现大负重四足机器人的全方位稳定行走，提出了基于速度矢量的间歇步态规划方法。“连续不规则台阶环境四足机器人步态规划与控制”(机器人,2015,37(1):85-93)提出一种静步态规划方法，实现了四足机器人稳定地攀爬连续不规则台阶。“基于静平衡的四足机器人直行与楼梯爬越步态”(机器人，2010,32(2):226-232)对轮足式四足机器人爬越楼梯时的静步态进行了规划。“四足机器人坡面静步态平衡方法研究”(机械科学与技术,2009,28(4):436-441)”对四足机器人在坡面静步态平衡方法进行了相关的研究，着重分析了四足机器人在坡面行走的过渡状态下姿态的变化情况以及稳定行走的方法。中国硕士学位论文“仿生恐龙机器人的步态仿真及系统实现”为实现仿生四足恐龙机器人的稳定行走，提出了一种静步态规划方法。

在使用上述静步态规划方法生成四足机器人步态时，均未考虑地形信息。因而，机器人在使用这些步态行走的过程中就容易因受地形的影响而失去稳定性。

发明内容

本发明为了解决现有静步态生成方法存在的上述不足，提供一种稳定性好的地形模糊自适应静步态规划方法，以使四足机器人根据自身信息实时感知地形信息，并基于模糊算法实现步态参数随地形信息变化的自主调整，以提高机器人的地形适应性。

本发明的基于地形模糊自适应的四足机器人静步态规划方法，包括以下步骤：

(1)根据机器人落足位置信息计算躯干俯仰角，实现机器人躯干随地形变化的自适应调整，提高摆动足跨越障碍物的能力；