[发明专利]一种四足机器人跳跃步态规划控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种四足机器人跳跃步态规划控制系统及其方法，系统包括外部环境获取系统、姿态获取系统、运动规划决策系统和执行控制系统；外部环境获取系统获取四足机器人所需跳跃的地形信息，经数据处理后输入运动规划决策系统；姿态获取系统获取四足机器人当前的姿态信息，经数据处理后输入运动规划决策系统；运动规划决策系统依据当前地形信息和四足机器人的姿态信息分析规划出四足机器人跳跃的运动轨迹，并传递至执行控制系统；执行控制系统根据运动轨迹计算各个关节所需的控制力矩，以及进行ZMP控制算法。本发明依据地形概况，设计了平地跳跃、上坡跳跃、下坡跳跃和非平地跳跃等四种跳跃步态方式，可有效适应于不同的地形环境。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是一种四足机器人跳跃步态规划控制系统及其方法。

背景技术

机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。随着科技信息的快速发展，机器人控制技术得到了不断的完善，机器人在各行各业的应用也越来越广泛。机器人的类型也是多种多样的，尤其是机器人的结构，更是千差万别，不同结构的机器人具有其独特的功能和应用环境。四足机器人是机器人中的一种，四足机器人典型的特点是具有四只腿。四足机器人的研究和应用得到了众多学者的重视，不仅科研成果丰硕，实际应用案例也是比比皆是。四足机器人在协助或替代人类在一定的环境中完成指定的工作任务过程中，需要四足机器人拥有精准的控制技术。同时，需要四足机器人具有灵活的运动控制技术，包括四足机器人的行走和跳跃。在未知的复杂的地形环境中，四足机器人需要通过行走或者跳跃的方式到达目的以完成指定的工作任务。目前，四足机器人的行走步态和跳跃步态控制规划方法各异，各有其优缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种通过依据地形概况，设计了平地跳跃、上坡跳跃、下坡跳跃和非平地跳跃等四种跳跃步态方式，以灵活的跳跃方式，使得四足机器人更加适应于不同的地形环境的四足机器人跳跃步态规划控制系统及其方法。

一种四足机器人跳跃步态规划控制系统，包括外部环境获取系统、姿态获取系统、运动规划决策系统和执行控制系统；所述外部环境获取系统获取四足机器人所需跳跃的地形信息，经数据处理后输入运动规划决策系统；所述姿态获取系统获取四足机器人当前的姿态信息，经数据处理后输入运动规划决策系统；所述运动规划决策系统依据当前地形信息和四足机器人的姿态信息分析规划出四足机器人跳跃的运动轨迹，并传递至执行控制系统；所述执行控制系统根据运动轨迹计算各个关节所需的控制力矩，以及进行ZMP控制算法。

进一步地，所述外部环境获取系统为ARM嵌入式系统，通过CAN总线连接运动规划决策系统，通过USB口连接一只迷你摄像头，通过视频处理技术和图像处理技术获取四足机器人前方跳跃区域的地形信息。

进一步地，所述姿态获取系统为ARM嵌入式系统，通过CAN总线连接运动规划决策系统，获取四足机器人当前的姿态信息，包括：关节俯仰角度、偏航角度、控制力矩等，并设计滤波算法对姿态信息进行滤波处理。

进一步地，所述运动规划决策系统为工业级PC，通过串口线连接执行控制系统，分析规划出四足机器人的跳跃步态方式，包括：平地跳跃、上坡跳跃、下坡跳跃和非平地跳跃。

进一步地，所述平地跳跃为四足机器人跳跃区域的地形特征表现为平坦无坑无障碍。

进一步地，所述上坡跳跃为四足机器人跳跃区域的地形特征表现为斜坡向上，且不超过一定的坡度值。

进一步地，所述下坡跳跃为四足机器人跳跃区域的地形特征表现为斜坡向下，且不超过一定的坡度值。

进一步地，所述非平地跳跃为四足机器人跳跃区域的地形特征表现为崎岖不平，可能包含有大小不等的坑和障碍物等。

进一步地，所述执行控制系统为工业级PC。