[发明专利]一种四足机器人爬坡步态

说明书

本发明公开了一种四足机器人爬坡步态，属于机器人技术领域。所述步态以静态稳定判据为理论依据，爬坡时机器人保持机身与斜坡面平行，任意时刻最多只有一条腿处于摆动相，当机器人的某一条腿进入摆动相之前，先将机身移到与该条腿相反的方向的极限位置，以最大程度保证机器人的静态稳定裕度。本发明提供的方法能够大大增加四足机器人爬坡时的稳定裕度，提高四足机器人的爬坡性能，并且步态简单，有很好的通用性和实用性。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种四足机器人爬坡步态。

背景技术

自然环境中，斜坡是一种常见的地貌，研究四足机器人在斜坡上的行走对于实现机器人野外作业具有非常重要的意义。与机器人水平行走类似，四足机器人在斜坡上行走时首先要保证静态稳定，也就是说，在运动的任一时刻至少应有三条腿与地面接触支撑机身，且机身的中心必须落在三腿支撑点构成的三角形区域内。在这个前提下四条腿才能按一定的顺序抬起和落地，实现行走。行走时，机身也相应的随着腿的运动相对地面向前运动，重心始终在移动。四条腿轮流抬跨，不断改变落足点位置，构成新的稳定三角形，来保证静态稳定。机身的运动和腿相对机身的运动必须在任何时刻保证协调一致，才能使机体的中心始终落在三脚支撑点构成的三角形区域内，实现稳定行走。与水平行走不同的是：当机器人在斜坡上行走时，用于计算稳定裕度的支撑多边形应该转换为该支撑多边形在水平面的投影。

在反复进行四足机器人斜坡直行实验的过程中发现，四足机器人机身纵平面与斜坡纵平面在初始状态时如果存在夹角或者由于足端滑动使机身纵平面与斜坡纵平面产生夹角，四足机器人在斜坡上行走时会产生侧向位移，随着侧向位移的不断累加，最终会导致机器人四条腿的足端受力发生变化，使其中一条腿的足端无法落在支撑三角形内，造成该腿出现拖腿甚至失稳跌倒。其本质原因是因为传统的三脚步态由于兼顾运动速度和稳定性，虽然具有一定的稳定裕度，但四足机器人爬坡时用于计算稳定裕度的支撑多边形为该支撑多边形在水平面的投影，从而导致四足机器人的稳定裕度减小。针对上述问题，规划了一种四足机器人爬坡步态，大大增加了四足机器人爬坡时的稳定裕度，四足机器人拥有更充足的调整时间，从而提高了四足机器人的爬坡性能，并且步态简单，有很好的通用性和实用性。

发明内容

针对四足机器人在斜坡上行走时受侧向位移影响，造成拖腿甚至失稳跌倒的问题，本发明提供一种四足机器人爬坡步态，以静态稳定判据为理论依据，爬坡时机器人保持机身与斜坡面平行，任意时刻最多只有一条腿处于摆动相，当机器人的某一条腿进入摆动相之前，先将机身移到与该条腿相反的方向的极限位置，以最大程度保证机器人的静态稳定裕度。

本发明提出的一种四足机器人爬坡步态，包括初始状态和行走状态，其特征在于，初始状态仅仅作为四足机器人从非爬坡步态转换到爬坡步态时的过渡状态，四足机器人采用爬坡步态后便只需循环更替行走状态便能实现四足机器人的爬坡运动，为方便描述所述步态中各状态的足端位置，如图1所示，四足机器人前进方向为x方向，垂直机身向上为z方向，y方向遵循笛卡尔坐标系右手法则，四足机器人足端相对该腿髋关节x方向上的摆幅记为L，y方向上的摆幅记为D， RF_hip(x,y)表示前右腿足端与前右腿髋关节的相对位置，LF_hip(x,y)表示前左腿足端与前左腿髋关节的相对位置，RH_hip(x,y)表示后右腿足端与后右腿髋关节的相对位置，LH_hip(x,y)表示后左腿足端与后左腿髋关节的相对位置。