[发明专利]一种四足机器人自适应负载参数调整方法

说明书

本发明公开了一种四足机器人自适应负载参数调整方法，包括如下步骤：S1：根据四足机器人自身的基础传感器反馈的数据建立四足机器人腿部的静力学模型、动力学模型和运动学模型；S2：在负载时，利用四足机器人自身的基础传感器对负载参数进行自适应标定，并根据负载参数对四足机器人的运动学模型和动力学模型进行修正，使四足机器人的运动控制更加稳定。

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，更具体的说是涉及一种四足机器人自适应负载参数调整方法。

背景技术

在四足机器人应用时，通常需要携带一定的负载，但是负载参数不定，机器人对负载参数没有先验信息；通常采用如下两种方案解决：

1、依靠控制算法的鲁棒性，不考虑不同负载对四足机器人运动控制的影响；

2 对不同负载进行参数标定，如质量、转动惯量、负载安装位置等，再将这些参数与四足机器人的结构参数进行整定；

上述两种方案中：方案1对控制系统的鲁棒性要求高，并且对四足机器人的运动稳定性会造成较大影响；方案2无法自适应负载参数，对于不同的负载需提前标定参数，步骤繁琐。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种四足机器人自适应负载参数调整方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种四足机器人自适应负载参数调整方法，包括如下步骤：

S1：根据四足机器人自身的基础传感器反馈的数据建立四足机器人腿部的静力学模型、动力学模型和运动学模型；

其中，基础传感器反馈的数据为负载质量和质心位置；

S2：在负载时，利用四足机器人自身的基础传感器对负载参数进行自适应标定，并根据负载参数对四足机器人的运动学模型和动力学模型进行修正；

其中，负载参数为负载质量估计和质心位置估计；

具体的，四足机器人具有4条腿，每条腿具有3个关节，3个关节均由电机驱动，所述的基础传感器包括用于估计机身中心在世界坐标系下的位置及机身姿态的IMU、反馈关节位置的编码器和反馈关节扭矩的电流采样电阻；

每个电机反馈其估计的输出扭矩，在四足机器人静态平衡时，有以下静力学模型：

其中τ为每条腿上三个关节的三维扭矩向量，为每条腿足端的三维地面反作用力，J为每条腿的雅可比矩阵，为矩阵的转置；

S2中的运动学模型为，根据机身中心位置、机身姿态以及编码器反馈的关节位置解算足端在世界坐标系下的位置；

根据编码器反馈的关节处的电机位置和运动学模型可以计算足端相对于身体重心的位置 ，足端在世界坐标系下的位置：

其中表示机身的中心位置，为状态估计输出结果。

负载质量估计方法具体如下：

在四足机器人静态站立状态下 (机器人速度和加速度为零)，根据静力学模型算得的足端力与整体质量存在以下关系：，其中为第i条腿足端力，为估计的机器人自身和负载的总质量，因此估计的负载质量可以表示为：，其中为已知值；

质心位置估计的具体方法如下：

在四足机器人静态站立状态下，机器人速度和加速度为零，机器人的质心静力矩为零，即： （1）

其中表示第i条腿的足端力，表示第i条腿足端到加负载后机体质心的距离矢量，表示第i条腿足端位置，表示加负载后机体质心位置；

对4条腿的足端力和足端位置进行N次测量，建立N个上述（1）中的方程组成的方程组：