[发明专利]一种六足履式无人地面车辆的上台阶步态规划系统及其方法有效

专利信息
申请号: 201710350810.3 申请日: 2017-05-18
公开(公告)号: CN106980321B 公开(公告)日: 2019-04-16
发明(设计)人: 刘跃;梁华为;陶翔;丁祎;丁骥;徐照胜;张辉 申请(专利权)人: 中国科学院合肥物质科学研究院
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 安徽省合肥新安专利代理有限责任公司 34101 代理人: 陆丽莉;何梅生
地址: 230031 安徽省*** 国省代码: 安徽;34
权利要求书: 暂无信息 说明书: 暂无信息
摘要: 发明公开了一种应用于六足履式无人地面车辆的上台阶步态规划系统及其方法,包括控制器、激光雷达、无线接收模块和步态电机;激光雷达横向安装在所述六足履式无人地面车辆的顶部;当六足履式无人地面车辆正对台阶时,无线接收模块接收上台阶步态开始指令并发送给主控制器;主控制器根据上台阶步态开始指令控制激光雷达检测车辆与台阶之间的距离X以及台阶的高度d,从而得到激光雷达数据;主控制器根据上台阶步态开始指令和激光雷达数据进行步态规划处理,生成步态序列和步态电机速度,并转换为CAN报文后发送给步态电机。本发明能使车辆具备自主翻越台阶的能力,从而降低车辆上台阶操作难度,进而满足实际越野环境。
搜索关键词: 一种 六足履式 无人 地面 车辆 上台阶 步态 规划系统 及其 方法
【主权项】:
1.一种六足履式无人地面车辆的上台阶步态规划方法,其特征是应用于由主控制器、激光雷达、无线接收模块和步态电机构成的系统中,所述步态规划处理是按如下步骤进行:步骤1、所述主控制器根据所述上台阶步态开始指令,控制所述步态电机产生如式(1)所示的步态角:式(1)中,θf表示前足履的步态角;θm表示中足履的步态角;θr表示后足履的步态角;所述步态角定义为平行四边形足履长对角线与车体纵轴线的夹角;Φ表示平行四边形足履长对角线与足履边的夹角;步骤2、所述主控制器控制车辆以恒定速度v向前行驶,并通过所述雷达检测台阶高度d;步骤3、所述主控制器判断式(2)是否成立,若成立表示车辆能否翻越,并执行步骤4,否则表示不能翻越,并停车报警;d>C/2‑G         (2)式(2)中,C为所述平行四边形足履长对角线的长度,G表示平行四边形足履高的一半,并有步骤4、所述主控制器利用式(3)计算所述前足履在t0时刻的步态角式(3)中,δ表示所述前足履超出所述台阶高度的期望值;步骤5、所述主控制器判断式(4)是否成立,若成立,则记录当前时刻为t0时刻并启动定时器后,并执行所述步态角否则,继续判断;式(4)中,为所述前足履在t0时刻的步态角;ω为设定的所述前足履的转速;步骤6、所述主控制器利用式(5)得到t1时刻:t1=X/v+t0       (5)步骤7、所述主控制器利用式(6)计算t1时刻所述中足履的步态角和后足履的步态角所述前足履步态角保持不变:式(6)中,B为所述六足履式无人地面车辆的轴距;步骤8、当所述定时器达到t1时刻时,所述主控制器控制所述步态电机执行步态角步骤9、所述主控制器利用式(7)计算t2时刻:式(7)中,h2表示t1时刻前足履位于下方的钝角顶点(A)到所述台阶的水平距离,并由式(8)获得;h4表示中间变量,并由式(9)获得;式(8)中,h1表示t1时刻所述钝角顶点(A)到所述台阶上部的垂直距离,并由式(10)获得;式(9)中,h3表示中间变量,并由式(11)获得;式(10)中,I为平行四边形足履的边长;式(11)中,φ2表示t2时刻车辆纵轴线与铅垂线的夹角,并由式(12)获得;φ3表示中间变量,并由式(13)获得;步骤10、所述主控制器利用式(14)计算t2时刻的前足履的步态角所述中足履的步态角和所述后足履的步态角步骤11、所述定时器达到t2时刻时,所述主控制器控制所述步态电机执行步态角步骤12、所述主控制器利用式(15)计算t3时刻:式(15)中,L表示t0时刻中足履位于下方的钝角顶点(A1)与后足履位于下方的钝角顶点(A2)之间的距离,并由式(16)获得;L=B‑2K+2Icos2Φ   (16)式(16)中,K表示t0时刻中足履中心与中足履位于前方的锐角顶点(A3)之间的水平距离,并由式(17)获得;步骤13、所述主控制器利用式(18)计算t3时刻前足履的步态角所述中足履的步态角及所述后足履的步态角保持不变:步骤14、所述定时器达到t3时刻时,所述主控制器控制所述步态电机执行步态角步骤15、所述主控制器按式(19)计算t4时刻:步骤16、所述主控制器利用式(20)计算t4时刻后足履的步态角所述前足履的步态角及中足履的步态角保持不变:步骤17、所述定时器达到t4时刻时,所述主控制器控制所述步态电机执行步态角从而完成上台阶动作成。
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