一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法和装置.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CN111367327A(43)申请公布日2020.07.03(21)申请号202010254850.X(22)申请日2020.04.02(71)申请人杭州云深处科技有限公司地址310007浙江省杭州市西湖区西溪路525号C楼5183室(72)发明人刘静宇李超储振张江元赵逸栋朱秋国(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人应孔月(51)Int.Cl.G05D17/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法和装置(57)摘要本发明公开了一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法和装置，该方法包括：将四足机器人简化成刚体模型；根据简化后的刚体模型，利用陀螺仪数据结合足端状态计算得到身体质心的实际状态；考虑实际状态和期望状态的闭环，计算出质心处需要的虚拟力和力矩；根据得出的质心需要的虚拟力和力矩，获得支撑腿各关节力矩；支撑腿各关节力矩经电机执行后实现跳跃动作。根据以上技术方案，优化了机器人的腿部发力方式，即分为三个阶段，采用前后腿根据阶段分别发力的方式，此举将机器人腿部控制电机的扭矩输出能力几乎利用到极限，并且更加合理的利用了机器人在空中滞留的时间，得到了明显优于“Pronk”动作的跳跃距离和清障高度，跨越距离达到1.5m左右。CN111367327ACN111367327A权利要求书1/2页1.一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法，其特征在于，包括：将四足机器人简化成刚体模型；根据简化后的刚体模型，利用陀螺仪数据结合足端状态计算得到身体质心的实际状态；分三个阶段规划质心曲线，考虑实际状态和期望状态的闭环，计算出质心处需要的虚拟力和力矩；根据得出的质心需要的虚拟力和力矩，获得支撑腿各关节力矩；支撑腿各关节力矩经电机执行后实现跳跃动作。2.根据权利要求1所述的一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法，其特征在于，所述实际状态包括身体质心的实际位置p(x,y,z)、实际速度实际姿态θ(r,p,y)和实际角速度3.根据权利要求2所述的一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法，其特征在于，身体质心的实际位置p和实际速度由机器人足端位置和速度结合陀螺仪数据进行推导得出，认为机器人的足底与地面不存在相对移动。4.根据权利要求1所述的一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法，其特征在于，所述期望状态包括身体质心的期望位置pd(xd,yd,zd)、期望速度期望姿态θd(rd,pd,yd)和期望角速度5.根据权利要求1所述的一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法，其特征在于，所述三个阶段具体为：第一阶段，机器人四足着地，身体的运动轨迹简单的规划为保持姿态不变，只将身高降低到给定高度；第二阶段，身体起始状态为第一阶段的终止状态，第二阶段的终止状态为身体有一定角度和角速度的后仰，同时具有一定的x向和z向的速度，即前双足离地，同时后双足着地；第三阶段，起始状态为第二阶段的终止状态，第三阶段的终止状态为身体有较大的x向和z向的速度，即后双足离地，身体腾空。6.根据权利要求1所述的一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法，其特征在于，计算出质心处需要的虚拟力和力矩，包括：Fxyz,Torquerpy分别为作用于质心的力和力矩，m,I分别为机器人的质量和转动惯量，pd,p分别为质心的期望位置和实际位置，θd,θ,wd,w分别为各姿态角的期望角度、实际角度、期望角速度和实际角速度，Kp,d,Kd,p,Kp,w,Kd,w均为PD控制参数。7.根据权利要求1所述的一种四足机器人仿生跳跃动作的控制方法，其特征在于，根据2CN111367327A权利要求书2/2页所述需要的虚拟力和力矩，获得支撑腿各关节力矩，包括：TTTTT各腿的发力为F＝(F1,F2,F3,F4)，Fi表示第i条腿，Fi表示第i条腿，通过选择矩阵S和位置矩阵A，得到bd＝AF的形式，通过解线性二次型方程得到各腿发力Fsolution：T机器人雅可比矩阵为J，各关节力矩为τ＝JFsolution。8.一种四足机器人仿生跳跃动作的控制装置，其特征在于，包括：简化模块，用于将四足机器人简化成刚体模型；第一计算模块，根据简化后的刚体模型，利用陀螺仪数据结合足端状态计算得到身体质心的实际状态；第二计算模块，分三个阶段规划质心曲线，考虑实际状态和期望状态的闭环，计算出质心处需要的虚拟力和力矩；第三计算模块，根据所述需要的虚拟力和力矩，获得支撑腿各关节力矩；执行输出模块，支撑腿各关节力矩经电机执行后实现跳跃动作。9.一种设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至7任一项所述的一种四足机器人