[发明专利]基于多维度工作空间耦合算法的多足机器人步态优化控制方法

摘要

一种基于多维度工作空间耦合算法的多足机器人步态优化控制方法，包括如下步骤：步骤一、求解虚拟约束半径，根据虚拟约束半径解析机身摆动腿运动约束K空间；步骤二、求解摆动腿理想落足点约束R空间以及机身稳定性约束B空间，并对机身摆动腿运动约束K空间，理想落足点可达约束R空间，机身稳定性约束B空间进行耦合，解出多维度机身工作空间W，然后提出机身“死锁”的失稳情况及其解决措施；步骤三、根据步骤二求得的多维度机身工作空间，解析站立腿关节输出位置和机身工作空间之间的映射关系，最后，对关节转角进行多项式插补运算，完成机器人在非结构环境下的步态规划。本发明保证机器人在非结构环境下步态的稳定性以及步态的高效性。

主权项

1.一种基于多维度工作空间耦合算法的多足机器人步态优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：求解虚拟约束半径，根据虚拟约束半径解析机身摆动腿运动约束K空间；步骤二：求解摆动腿理想落足点约束R空间以及机身稳定性约束B空间，并对机身摆动腿运动约束K空间，理想落足点可达约束R空间，机身稳定性约束B空间进行耦合，解出多维度机身工作空间W；步骤三：根据步骤二求得的多维度机身工作空间W，解析站立腿关节输出位置和机身空间之间的映射关系，并对关节转角进行多项式插补运算，完成机器人在非结构环境下的步态规划；所述的步骤三通过以下方式实现：首先，在根关节坐标系下，首先，求解站立腿足端和各关节输出位置之间的映射关系：θ_d2＝2arctant₁θ_d3＝2arctant₂‑2arctant₁式中，t₁＝tan(θ_d2/2)，t₂＝tan[(θ_d2‑θ_d3)/2]，为站立腿足端在根关节坐标系下的位置；其次，在机身位于理想姿态下时，解析站立腿足端在机身坐标系下的位置：式中，为摆动腿足端在根关节坐标系下的位置，为机身处于理想目标位姿时机身坐标系与世界坐标系之间的位置转换矩阵，其表达式如下：式中，α、β、γ分别表示机身处于目标位姿时相对于世界坐标系的偏航角、横滚角和俯仰角；然后，在机身处于理想位姿下时，解析站立腿足端在机身坐标系下的位置：式中，为机身处于理想位姿下时，根关节坐标系与世界坐标系之间的位置坐标转换；则站立腿足端在根关节坐标系下的位置：式中，为机身处于理想位姿下时，根关节坐标系和机身坐标系之间的位置转换矩阵，为机身处于理想位姿下时，机身坐标系与世界坐标系之间的位置坐标转换；根据上式，利用站立腿足端位置和关节输出位置的映射关系，解出在根关节下，机身工作空间和关节输出位置的映射关系：θ_d1＝π‑arctan2(^by_C,^bx_C)θ_d2＝2arctant₁θ_d3＝2arctant₂‑2arctant₁式中，t₁＝tan(θ_d2/2)，t₂＝tan[(θ_d2‑θ_d3)/2]，^BA_C(^bx_c,^by_c,^bz_c)为机身坐标系在根关节坐标系下的位置；最后，对关节输出角进行多项式插补运算，以六足机器人为例，完成机器人在非结构环境下的步态优化。