[发明专利]一种四足管道机器人周向运动位姿规划方法

说明书

本发明公开了一种四足管道机器人周向运动位姿规划方法，属于运动学的研究领域，包括以下步骤：S1、建立管道坐标系和四足机器人本体坐标系，确立机器人起始姿态，同时建立机器人的位姿方程；S2、调整足姿、机身旋转和机身平移的周向运动，对运动过程中位姿的角度、方向、位移进行规划；S3、通过足端运动轨迹实现周向运动位姿的规划，获得周向运动的各步骤的关节角度运动曲线。为保证周向运动的连续性，对运动过程中位姿的角度、方向、位移进行规划；并通过足端运动轨迹实现周向运动位姿的规划；利用MATLAB计算得到的周向运动的各个步骤的关节角度运动曲线。

技术领域

本申请涉及四足机器人运动控制领域，特别是涉及一种四足管道机器人周向运动位姿规划方法。

背景技术

近年来，随着社会不断进步和科学技术的不断发展，移动机器人广泛应用于军事工业、抢险救灾等危险性高、劳动强度大领域，代替人类完成特种环境下的工作。对机器人的功能要求也不断提高，智能机器人的研究是近年来研究的重要领域。

管道广泛应用在生产生活中，比如石油运输、水资源调动、天然气输送和GIS高压开关等方面。然而使用过程中管道会出现不同的故障，需要定期进行检查和维修。并且管道狭小，人工不易到达，并且传统的人工检修效率较低，因此需要研究特定的管道机器人代替人工在管道内进行工作。

CN107065867A中设计了一种面向崎岖地形的四足机器人，可以适应不同表面的地形，但是缺少在管道中运动的规划，也缺少对周向运动位姿的规划，

而管道机器人主要以轮式为主，运动控制较为简单，但运动空间有限，不能沿着管道周向进行运动。四足机器人可以沿着周向运动，但是现有的文献都没有给出具体的位姿控制方法。

为了解决上述论文中存在的不足，本文研究了一种四足机器人沿着管道内壁运动的周向运动的位姿分析方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种四足管道机器人周向运动位姿规划方法，对四足管道机器人周向运动位姿进行规划。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种四足管道机器人周向运动位姿规划方法，包括以下步骤：

S1、建立管道坐标系和四足机器人本体坐标系，确立机器人起始姿态，同时建立机器人的位姿方程；

S2、调整足姿、机身旋转和机身平移的周向运动，对运动过程中位姿的角度、方向、位移进行规划；

S3、通过足端运动轨迹实现周向运动位姿的规划，获得周向运动的各步骤的关节角度运动曲线。

优选的，所述四足机器人包括机身和与机身连接的四条腿足机构，每条腿足机构包括髋关节、腿关节和踝关节串联，关节和关节、关节和机身之间通过连接杆连接，足部末端连接真空吸盘；所述机身腰部携带真空泵，所述机身上安装真空传感器。

优选的，所述四足机器人的每条腿足均具有六个自由度，分别是：髋关节自由度、腿关节自由度、踝关节自由度和球关节的三个自由度。

优选的，所述管道坐标系Σ_O，是以管道中心为原点，以管道轴向方向为x轴，以重力的反方向为z轴；

所述机器人本体坐标系Σ_E，是以机器人腰部中心为原点，前进方向为x轴，侧向运动方向为y轴。

优选的，机器人运动的起始位姿为：机器人髋关节角度不为零，足端垂直于管道壁面；管道坐标系和机器人本体坐标系的三轴方向互相平行，机器人本体坐标系原点位于管道坐标系原点的正下方。

优选的，步骤S2的周向运动包括以下步骤：

(1)足姿调整：机器人四足分别在管道内壁运动相同的步长到达目标足端位置，对足姿调整进行足端圆弧轨迹规划，在机身本体坐标系的轨迹方程为：