面向复杂地形的四足机器人运动规划方法技术

本发明专利技术提供一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，根据四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地；根据摆动腿落地生成的落脚点相对于其余三个支撑腿落脚点位置计算出当前支撑腿足端所处的地形参数；根据得到的地形参数调整四足机器人躯体的位姿来适应当前地形；根据调整好的四足机器人位姿来进行下一次摆动腿的确定，重复以上步骤，直至四足机器人到达设定的目标点。本发明专利技术通过本体上的位置传感器与四个足端的位置确定出地形参数，从而调整出适合当前地形的躯体位姿，生成四足机器人各关节的运动路径序列，保证四足机器人在复杂地形上安全平稳的自主运动。

A method of motion planning for a quadruped robot for complex terrain

The invention provides a method for complex terrain of the quadruped robot motion planning method, according to the position sensor of swing legs of quadruped robot foot landing; swinging leg landing point according to the generated the remaining three support legs end position calculated topographic parameters of current support leg foot end position relative to; to adapt to the current terrain according to pose terrain to adjust the parameters of quadruped robot body of quadruped robot; according to the adjusted position to determine the next swing leg, repeat the above steps until the quadruped robot reaches the set target point. The present invention through the position sensor on the body and a four foot end position is determined so as to adjust the terrain parameters for the current terrain of the body posture, movement path sequence generation of quadruped robot joints, ensure the quadruped robot autonomous motion in complex terrain on safe and stable.

【技术实现步骤摘要】
面向复杂地形的四足机器人运动规划方法
本专利技术涉及机器人运动规划领域，具体地，涉及一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法。
技术介绍
四足机器人作为腿足机器人的主要形式之一，其依靠腿足运动能够应对非结构化环境，在复杂地形适应性上具有显著优势。由于地形环境的多样性和复杂性，实现复杂地形下的自适应稳定行走一直都是四足机器人研究的难点，特别是当四足机器人面向完全未知的复杂地形且无法感知地形环境时，开展四足机器人的运动规划具有重要价值。腿式移动机器人按照机械腿的数目，可以分为双足、四足、六足、八足机器人等。其中，四足机器人作为对常见哺乳动物的仿生，一方面具备良好的负重能力，另一方面在机构上比六足、八足机器人更为简介紧凑。经过检索，中国专利申请号201310014887.5的专利技术专利公开了一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，该方法是通过激光、立体视觉等传感器对地形环境进行局部检测与精确建模以获取地形参数，基于这些地形信息，进行落脚点序列的规划以实现四足机器人在复杂地形上的稳定通行，但是在实际环境下很难做到对地形的精确建模。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，本专利技术通过本体上的位置传感器与四个足端的位置确定出地形参数，从而调整出适合当前地形的躯体位姿，生成四足机器人各关节的运动路径序列，保证四足机器人在复杂地形上安全平稳的自主运动。根据本专利技术的一个方面，提供一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，包括以下步骤：步骤一：根据四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地生成的落脚点相对于其余三个支撑腿落脚点位置计算出当前支撑腿足端所处的地形参数。步骤二：根据得到的地形参数调整四足机器人躯体的位姿来适应当前地形，然后根据调整好的四足机器人位姿来进行下一次摆动腿的确定。步骤三：重复步骤一与步骤二，直至四足机器人到达设定目标点。优选的，步骤一进一步包括以下步骤：首先，利用四足机器人足端位置传感器感知摆动腿的落地点，将位置传感器得到的位置参数传送到四足机器人躯体中的CPU，计算得出地形参数；其次，地形参数的变化直接导致摆动腿的落脚点在竖直方向上的位置发生变化，也就是地形参数为四足机器人躯体质心相对于支撑腿足端在竖直方向的相对高度，从而得到四足机器人的身体高度在躯体世界坐标系∑WB下的表示为：式中，P表示单腿的当前状态，P＝0表示该单腿处于摆动状态，P＝1表示该单腿处于支撑状态。优选的，步骤二具体为：利用四足机器人足端位置传感器得到的地形参数，也就是四足机器人身体高度，将其与期望的四足机器人身体高度Hd做比较得到高度控制增量ΔH，根据所得的高度控制增量ΔH调整各支撑腿的竖直高度以实现四足机器人适应当前地形，直至四足机器人达到步骤一四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地生成的落脚点，四足机器人躯体质心沿z方向的运动轨迹规划为：式中，T为规划所得的当前新状态相的期望持续时间，Z0为四足机器人躯体质心在上一状态相末端时刻z方向规划值。优选的，该四足机器人的四条支撑腿相互独立，且每个支撑腿具有四个自由度，分别为髋关节在相互垂直的两个方向上的转动，膝关节的转动与踝关节的转动。优选的，该位置传感器安置于四足机器人的四个足端，用来检测四足机器人的位置信息。本专利技术的四足机器人的运动规划分为两个层次：第一层次是根据四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地生成的落脚点相对于其余三个支撑腿落脚点位置计算出当前支撑腿足端所处的地形参数；第二层次是根据得到的地形参数调整四足机器人躯体的位姿来适应当前地形，然后根据调整好的四足机器人位姿来进行下一次摆动腿的确定。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果；本专利技术通过本体上的位置传感器与四个足端的位置确定出地形参数，从而调整出适合当前地形的躯体位姿，生成四足机器人各关节的运动路径序列，保证四足机器人在复杂地形上安全平稳的自主运动。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的面向复杂地形的四足机器人运动规划方法应用的四足机器人的结构示意图。图中：1为四足机器人机体，2为位置传感器，3为支撑腿，4为CPU具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。请参阅图1，其为本专利技术所应用的四足机器人结构示意图，四足机器人包括：四足机器人机体1、位置传感器2、四个相互独立的支撑腿3和CPU4。位置传感器2安置于四足机器人的四个足端，用来感知足端的位置信息。四条支撑腿3相互独立，每个支撑腿具有四个自由度，分别为髋关节在相互垂直的两个方向上的转动，膝关节的转动与踝关节的转动。CPU4安置于四足机器人机体1上，用来计算处理地形参数和调整机器人位姿。针对上述的四足机器人，本专利技术提供一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，包括以下步骤：步骤一：根据四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地生成的落脚点相对于其余三个支撑腿落脚点位置计算出当前支撑腿足端所处的地形参数。如图1所示，位置传感器2安置于四足机器人的四个足端，用来感知足端的位置信息，利用四足机器人足端位置传感器2感知摆动腿的落地点，将位置传感器2得到的位置参数传送到四足机器人躯体1中的CPU4，计算得出地形参数。具体方法为：首先，利用四足机器人足端位置传感器感知摆动腿的落地点，将位置传感器得到的位置参数传送到四足机器人躯体中的CPU，计算得出地形参数；其次，地形参数的变化直接导致摆动腿的落脚点在竖直方向上的位置发生变化，也就是地形参数为四足机器人躯体质心相对于支撑腿足端在竖直方向的相对高度，从而得到四足机器人的身体高度在躯体世界坐标系∑WB下的表示为：式中，P表示单腿的当前状态，P＝0表示该单腿处于摆动状态，P＝1表示该单腿处于支撑状态。步骤二：根据得到的地形参数调整四足机器人躯体的位姿来适应当前地形，然后根据调整好的四足机器人位姿来进行下一次摆动腿的确定。具体方法为：利用四足机器人足端位置传感器得到的地形参数，也就是四足机器人身体高度，将其与期望的四足机器人身体高度Hd做比较得到高度控制增量ΔH，根据所得的高度控制增量ΔH调整各支撑腿的竖直高度以实现四足机器人适应当前地形，直至四足机器人达到步骤一四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地生成的落脚点，四足机器人躯体质心沿z方向的运动轨迹规划为：式中，T为规划所得的当前新状态相的期望持续时间，Z0为四足机器人躯体质心在上一状态相末端时刻z方向规划值。步骤三：重复步骤一与步骤二，直至四足机器人到达设定目标点。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地生成的落脚点相对于其余三个支撑腿落脚点位置计算出当前支撑腿足端所处的地形参数；步骤二：根据得到的地形参数调整四足机器人躯体的位姿来适应当前地形，然后根据调整好的四足机器人位姿来进行下一次摆动腿的确定；步骤三：重复步骤一与步骤二，直至四足机器人到达设定目标点。

【技术特征摘要】
1.一种面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据四足机器人足端的位置传感器感知摆动腿落地生成的落脚点相对于其余三个支撑腿落脚点位置计算出当前支撑腿足端所处的地形参数；步骤二：根据得到的地形参数调整四足机器人躯体的位姿来适应当前地形，然后根据调整好的四足机器人位姿来进行下一次摆动腿的确定；步骤三：重复步骤一与步骤二，直至四足机器人到达设定目标点。2.根据权利要求1所述的面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，其特征在于，步骤一进一步包括以下步骤：首先，利用四足机器人足端位置传感器感知摆动腿的落地点，将位置传感器得到的位置参数传送到四足机器人躯体中的CPU，计算得出地形参数；其次，地形参数的变化直接导致摆动腿的落脚点在竖直方向上的位置发生变化，也就是地形参数为四足机器人躯体质心相对于支撑腿足端在竖直方向的相对高度，从而得到四足机器人的身体高度在躯体世界坐标系∑WB下的表示为：式中，P表示单腿的当前状态，P＝0表示该单腿处于摆动状态，P＝1表示该单腿处于支撑状态。3.根据权利要求1所述的面向复杂地形的四足机器人运动规划方法，其特征在于，步骤二具体为：利用四...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊鹏，王思凯，高炳微，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23