[发明专利]一种基于Simscape Multibody的多足机器人虚拟样机运动控制仿真系统

说明书

一种基于Simscape Multibody的多足机器人虚拟样机运动控制仿真系统，它属于多足机器人运动控制技术领域。本发明解决了现有方法未将机器人的运动姿态，稳定性以及控制方法融合到对机器人运动系统的可靠性验证的问题。本发明建立包含模型导入模块、坐标系关系转换模块、关节转动模块、驱动与约束模块、步行足轨迹规划模块、运动学逆解模块和关节控制器模块的仿真模型，将机器人的运动姿态，稳定性以及控制方法融合到了对机器人运动系统的可靠性验证中，这样既能形象直观的观察多足机器人的三维运动状态，又能根据运动结果产生的位置和姿态数据验证机器人相关控制算法的可靠性。本发明可以应用于多足机器人虚拟样机运动控制仿真。

技术领域

本发明属于多足机器人运动控制技术领域，具体涉及一种基于SimscapeMultibody的多足机器人虚拟样机运动控制仿真系统。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展以及海洋资源开发需求日益扩大，针对近海海底环境下海洋设施巡检、海洋资源勘探及数据采集、近海侦查、防御与救援等领域的诸多任务，因此需要研发一种两栖仿蟹多足机器人来完成以上作业任务需求，两栖仿蟹多足机器人的结构如图1所示。

两栖仿蟹多足机器人的设计研究交叉融合了多学科、多领域的技术，其爬行模式中的运动控制问题是两栖仿蟹多足机器人研究课题中的一项关键内容，同时也是机器人研究内容中的关键技术难点，其运动控制技术的可靠性决定了两栖仿蟹多足机器人的作业效率和智能化水平，也是保证机器人完成特定作业任务的重要前提。因此，有必要对控制策略的可行性从仿真实现上进行研究验证。但是现有的控制方法仿真主要是二维或者三维轨迹跟踪曲线结果仿真，对于机器人的运动姿态，稳定性以及控制方法融合到机器人运动系统中的可靠性验证效果不能体现。

发明内容

本发明的目的是为解决现有方法未将机器人的运动姿态，稳定性以及控制方法融合到对机器人运动系统的可靠性验证的问题，而提出了一种基于Simscape Multibody的多足机器人虚拟样机运动控制仿真系统。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种基于Simscape Multibody的多足机器人虚拟样机运动控制仿真系统，所述系统包括模型导入模块、坐标系关系转换模块、关节转动模块、驱动与约束模块、步行足轨迹规划模块、运动学逆解模块和关节控制器模块，其中：

在模型导入模块中导入多足机器人装配模型，并定义多足机器人的关节重量以及关节质心；

在坐标系关系转换模块中定义坐标转换参数，并建立各关节之间的坐标系转换关系；

在关节转动模块中建立关节之间的转动关系；

在驱动与约束模块中为每条足的髋关节、股关节和胫关节三个转动关节添加驱动，并添加步行足足末端点与地面环境接触的约束条件；

在步行足轨迹规划模块中，完成多足机器人三角步态各步行足运动顺序的规划并提供多足机器人步行足末端点运动轨迹；

运动学逆解模块根据逆运动学分析计算结果求出对应运动轨迹下步行足各关节的转动角度，将求出的转动角度作为期望角度传递给关节控制器模块，作为关节控制器模块的控制输入；将期望角度与机器人步行足反馈的实际运动角度作差，将作差后的误差e代入关节控制器模块中，再根据关节重量以及关节质心、关节之间的坐标系转换关系、关节之间的转动关系计算出关节控制力τ，将关节控制力τ作为关节控制器模块的控制输出传递给驱动与约束模块，驱动与约束模块驱动多足机器人装配模型的每条足运动；

同时将多足机器人装配模型各步行足的各关节实际运动角度位置反馈给关节控制器模块，实现多足机器人运动控制的仿真过程。