一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法.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CN107065907A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201710244823.2(22)申请日2017.04.14(71)申请人中国北方车辆研究所地址100072北京市丰台区槐树岭4号院(72)发明人党睿娜姚其昌许鹏许威慕林栋江磊蒋云峰邓秦丹降晨星康祖铭杨超宁(74)专利代理机构北京安博达知识产权代理有限公司11271代理人徐国文(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法(57)摘要本发明涉及一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法，其包括：根据足端的摆动跨度和摆动相的持续时间，设计足端摆动过程中的曲线端点状态参数；拟合足端摆动轨迹。本发明提供的足端摆动轨迹规划方法，在抬腿阶段具有向后向上的运动趋势有效实现避障功能；在迈腿方向具有向前向上的运动趋势，可以很好的实现越障功能；而且足端摆动轨迹参数可以实时调整，能够灵活适应地形，提高了四足机器人在复杂崎岖地形上的通过能力。CN107065907ACN107065907A权利要求书1/1页1.一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：按足端的摆动跨度和摆动相的持续时间设计足端摆动过程中的曲线端点状态参数；步骤2：拟合足端摆动轨迹。2.如权利要求1所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1分别确定足端在三维方向上的摆动跨度，以及整个摆动相的持续时间。3.如权利要求1所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1的足端摆动过程包括：抬腿、迈腿和落腿阶段。4.如权利要求3所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，所述抬腿阶段足端在X，Y，Z三维方向上的运动曲线包括：足端在x方向沿着机身反向摆动，在y方向沿着机身向外摆动，在z方向向上摆动。5.如权利要求3所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，所述迈腿阶段足端在X，Y，Z三维方向上的运动曲线包括：足端在x方向沿着机身正向运动且跨度较大，在y方向继续沿着机身向外摆动，在z方向继续向上直至最高点。6.如权利要求3所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，所述落腿阶段足端在X，Y，Z三维方向上的运动曲线包括：足端在x方向和y方向继续保持原来的运动方向，在z方向上从最高点降到地面，使得足端缓慢向斜前方落地。7.如权利要求1所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，采用三次样条曲线拟合所述步骤2的足端摆动轨迹。8.如权利要求1所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，所述足端摆动轨迹的拟合包括：在确定起点、后退点、最高点和终点的坐标值、对应时刻，以及起点和终点的速度值之后，采用三次样条曲线，拟合得到具有避障和越障功能的足端摆动轨迹。9.如权利要求8所述的四足机器人足端摆动轨迹规划方法，其特征在于，在四足机器人运动过程中，每个摆动相开始之前，足端在三个方向的跨度、以及起点、后退点、最高点和终点的参数信息，根据四足机器人的运动状态和地形信息而实时调整。2CN107065907A说明书1/4页一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法技术领域[0001]本发明涉及机器人运动规划领域，具体涉及一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法。背景技术[0002]目前地面机器人的行走方式主要分为轮式、履带式和足式.轮履式机器人的研究已经相对成熟，但其在复杂崎岖地形上的通过能力较差，足式机器人采用仿生原理，模拟自然界的足式动物，在狭小崎岖地形具有良好的通过性，有效弥补了轮履式机器人的不足。在足式机器人中，四足机器人比双足机器人简单、比多足机器人行走效率高，因此具有较高的研究价值。足端摆动轨迹对四足机器人在崎岖地形上的通过性有很大的影响。[0003]合理的足端轨迹有助于减少四足机器人足端触地时的冲击，而且，足端轨迹对四足机器人的动力学特性有着重要影响。目前的轨迹设计方法有直上直下的矩形轨迹、正弦曲线轨迹和多项式推导等，其设计思路主要实现了足端向前运动的有效跨度，但在避障和越障能力方面有失考虑。例如由袁立鹏、张志宇和欧阳荣竖共同发表的“四足机器人基于功率最优原则的足端轨迹规划”，内容包括：“本文根据零冲击原则，规划了三条四足机器人的足端轨迹，对各条足端轨迹进行虚拟样机仿真分析，根据功率最优原则，针对不同的步态选择相应最优的足端轨迹，为类似问题的实现开辟了新思路和新途径”；公开文本中采用多项式推导的原则对四足机器人足端运动进行计算，其中运用多个限制条件，无形中增加了计算量。[0004]为此，寻找一种规划四足机器人足端摆动轨迹的方法，提高四足机器人在复杂崎岖地形上的通过能力性，成为本领域技术人员迫