多足机器人关节控制方法、装置和多足机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111506100A(43)申请公布日2020.08.07(21)申请号202010540353.6(22)申请日2020.06.15(71)申请人深圳市优必选科技股份有限公司地址518000广东省深圳市南山区学苑大道1001号南山智园C1栋16、22楼(72)发明人徐喆赵明国熊友军(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463代理人梁韬(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)B62D57/032(2006.01)权利要求书3页说明书11页附图4页(54)发明名称多足机器人关节控制方法、装置和多足机器人(57)摘要本发明实施例公开了一种多足机器人关节控制方法、装置和多足机器人，方法包括：构建躯干受力到所有支撑腿的足底期望支撑力的映射矩阵；对躯干受力进行目标优先级划分并确定每一优先级目标的权重矩阵并基于映射矩阵和权重矩阵构建各优先级目标关于足底期望支撑力的优化模型；对各优化模型依次求解以得到对应的足底期望支撑力；其中，当前优先级目标对应的足底期望支撑力作为下一优先级目标的足底期望支撑力的求解基础；基于足底期望支撑力和雅克比矩阵计算支撑腿的关节力矩以用于关节控制。本发明的技术方案可很好地解决现有技术中无论如何调整躯干受力的权重而各分量都会相互影响的这一大难题，且对于不同步态，也无需在更换步态时调整权重等。CN111506100ACN111506100A权利要求书1/3页1.一种多足机器人关节控制方法，其特征在于，包括：获取多足机器人当前的躯干位姿和躯干受力，及每条支撑腿的各个关节角，其中，所述躯干受力包括所述躯干在不同方向的受力；根据所述躯干位姿、所述躯干受力和所述每条支撑腿的各个关节角构建所述躯干受力到所有支撑腿的足底期望支撑力的映射矩阵；对所述不同方向的受力进行目标优先级划分以得到若干个优先级目标，确定每一优先级目标的权重矩阵并基于所述映射矩阵和所述权重矩阵构建各优先级目标的关于足底期望支撑力的优化模型；按照优先级由高到低的顺序，对各优先级目标的所述优化模型依次求解以得到各优先级目标对应的足底期望支撑力；其中，当前优先级目标对应的足底期望支撑力作为下一优先级目标对应的足底期望支撑力的求解基础；基于求解得到的所述足底期望支撑力和对应支撑腿的雅克比矩阵计算所述对应支撑腿的各关节力矩以用于关节控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同方向的受力包括所述躯干分别在X、Y和Z方向受到的力和力矩，所述根据所述躯干位姿、所述躯干受力和所述每条支撑腿的各个关节角构建所述躯干受力到所有支撑腿的足底期望支撑力的映射矩阵，包括：在所述多足机器人的躯干上选取一点作为躯干坐标系的原点，根据所述躯干位姿和对应支撑腿的各个关节角通过正运动学算法计算所述躯干坐标系的原点到对应支撑腿的足底末端的位置矢量；根据所有支撑腿的足底期望支撑力、所述躯干的重力和所述躯干受到的三维力构建第一方程，所述三维力由X、Y和Z方向的力构成；根据各支撑腿的足底期望支撑力与对应支撑腿的所述位置矢量及所述躯干受到的三维力矩构建第二方程，所述三维力矩由X、Y和Z方向的力矩构成；基于所述第一方程和所述第二方程计算所述躯干受力到所有支撑腿的足底期望支撑力的映射矩阵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述多足机器人为四足机器人且每个腿具有3个关节，当所述四足机器人为四腿支撑时，所述躯干受力记为FB，四条支撑腿的足底期望支撑力分别记为FFL、FFR、FRL和FRR，此时的映射矩阵记为Lall，和分别为所述躯干在x，y，z方向上受到的力和力矩，则所述映射矩阵满足如下公式：；。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定每一优先级目标的权重矩阵并基于所述映射矩阵和所述权重矩阵构建各优先级目标的关于足底期望支撑力的优化模型，包括：根据对应的优先级目标中的元素个数及各元素在所述躯干受力中的位置，从所述映射矩阵中选取对应的行向量构建所述对应的优先级目标的子映射矩阵；2CN111506100A权利要求书2/3页对于第i个优先级目标Fi，对应的权重矩阵记为Ki，对应的子映射矩阵记为Li，1≤i≤N，则对应的足底期望支撑力FLi采用如下优化模型中的任意一种进行求解：优化模型一：；优化模型二：。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前优先级目标对应的足底期望支撑力作为下一优先级目标对应的足底期望支撑力的求解基础包括：在当前优先级目标对应的足底期望支撑力的零空间中求解下一优先级目标对应的足底期望支撑力。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若所述多足机器人在水平面上行走，所述不同方向的受力划分为高优先级的第一优先级目标和低优先级的第二优先级目标，其中，、