[发明专利]四足仿生机器人的时位控制方法

摘要

本发明涉及一种四足仿生机器人的时位控制方法。该方法包括三个步骤：(1)通过任务目标和实际地形规划期望移动速度和下一个落脚点的位置和时间；(2)通过传感器网络得到本体姿态角，规划关节运动以实现精确的落脚点时间和位置控制，最后得到实际移动速度；(3)利用期望移动速度、实际移动速度完成时位方法的反馈控制。该方法的输入仅仅依赖惯性单元的速度和姿态信息，仅在关节运动解算时需要关节配置参数，通用性强。对外界冲击和干扰的响应可以控制在10ms，能够在极短的时间内对冲击作出调整，保证四足仿生机器人的稳定性，实时性高。

主权项

四足仿生机器人的时位控制方法，其特征在于，该方法的控制结构分为步态控制层、姿态控制层和控制对象；1）步态控制层包括传感器、视觉传感器和步态控制器，功能是将任务规划产生的期望速度转化为落脚点的时间位置，以及在一个支撑周期中质心的运动轨迹；2）姿态控制层包括传感器、视觉传感器和姿态控制器，功能是解算对应落脚点和质心运动的关节运动，以关节力矩的形式输出到四足仿生机器人平台中；3）最后将四足仿生机器人的实际速度反馈到步态控制层，产生下一个步态周期落脚点；通过步态控制层和姿态控制层处理，可以处理非结构化地形及外界冲击情况；该方法包括三个步骤：（1）通过任务目标和实际地形规划期望移动速度和下一个落脚点的位置和时间；（2）通过传感器网络得到本体姿态角，规划关节运动以实现精确的落脚点时间和位置控制，最后得到实际移动速度；（3）利用期望移动速度、实际移动速度完成时位方法的反馈控制；第一步规划落脚点和质心的运动轨迹，具体为：1) 将四足机器人的复杂模型等效为简单模型；2) 通过视觉传感器得到地形参数设定最高稳定移动速度；3) 通过简单模型解算出质心的运动轨迹和落脚点的时间和位置；第二步结合本体的姿态角规划关节运动，具体为：1) 通过惯性单元和加速度计等传感器得到本体姿态角；2) 结合落脚点的时间和位置以及质心轨迹设定合理的末端运动轨迹；3) 利用冗余动力学优化的方法设计各个关节的运动，并保证本体姿态角的稳定；第三步时位方法的反馈控制，具体为：1) 由传感器获得当前的速度，对照期望速度得到修正值；2) 将修正值引入步态规划器的输入端，确定下一个步态周期的落脚点；3) 通过修正后的落脚点，由姿态协调层执行以实现稳定的速度控制。