一种四足机器人自适应负载参数调整方法技术

本发明专利技术公开了一种四足机器人自适应负载参数调整方法，包括如下步骤：S1：根据四足机器人自身的基础传感器反馈的数据建立四足机器人腿部的静力学模型、动力学模型和运动学模型；S2：在负载时，利用四足机器人自身的基础传感器对负载参数进行自适应标定，并根据负载参数对四足机器人的运动学模型和动力学模型进行修正，使四足机器人的运动控制更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种四足机器人自适应负载参数调整方法
本专利技术涉及机器人的
，更具体的说是涉及一种四足机器人自适应负载参数调整方法。
技术介绍
在四足机器人应用时，通常需要携带一定的负载，但是负载参数不定，机器人对负载参数没有先验信息；通常采用如下两种方案解决：1、依靠控制算法的鲁棒性，不考虑不同负载对四足机器人运动控制的影响；2对不同负载进行参数标定，如质量、转动惯量、负载安装位置等，再将这些参数与四足机器人的结构参数进行整定；上述两种方案中：方案1对控制系统的鲁棒性要求高，并且对四足机器人的运动稳定性会造成较大影响；方案2无法自适应负载参数，对于不同的负载需提前标定参数，步骤繁琐。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题提供一种四足机器人自适应负载参数调整方法。本专利技术通过下述技术方案实现：一种四足机器人自适应负载参数调整方法，包括如下步骤：S1：根据四足机器人自身的基础传感器反馈的数据建立四足机器人腿部的静力学模型、动力学模型和运动学模型；其中，基础传感器反馈的数据为负载质量和质心位置；S2：在负载时，利用四足机器人自身的基础传感器对负载参数进行自适应标定，并根据负载参数对四足机器人的运动学模型和动力学模型进行修正；其中，负载参数为负载质量估计和质心位置估计；具体的，四足机器人具有4条腿，每条腿具有3个关节，3个关节均由电机驱动，所述的基础传感器包括用于估计机身中心在世界坐标系下的位置及机身姿态的IMU、反馈关节位置的编码器和反馈关节扭矩的电流采样电阻；每个电机反馈其估计的输出扭矩，在四足机器人静态平衡时，有以下静力学模型：其中为每条腿上三个关节的三维扭矩向量，为每条腿足端的三维地面反作用力，为每条腿的雅可比矩阵，为矩阵的转置；S2中的运动学模型为，根据机身中心位置、机身姿态以及编码器反馈的关节位置解算足端在世界坐标系下的位置；根据编码器反馈的关节处的电机位置和运动学模型可以计算足端相对于身体重心的位置，足端在世界坐标系下的位置：其中表示机身的中心位置，为状态估计输出结果。负载质量估计方法具体如下：在四足机器人静态站立状态下(机器人速度和加速度为零)，根据静力学模型算得的足端力与整体质量存在以下关系：，其中为第i条腿足端力，为估计的机器人自身和负载的总质量，因此估计的负载质量可以表示为：，其中为已知值；质心位置估计的具体方法如下：在四足机器人静态站立状态下，机器人速度和加速度为零，机器人的质心静力矩为零，即：（1）其中表示第i条腿的足端力，表示第i条腿足端到加负载后机体质心的距离矢量，表示第i条腿足端位置，表示加负载后机体质心位置；对4条腿的足端力和足端位置进行N次测量，建立N个上述（1）中的方程组成的方程组：（2）其中只有为未知的加负载后机体质心位置；当N≥4时，上述（2）的方程组为超定方程，为该方程的最小二乘解，可用奇异值分解法(SVD)求得，与状态估计得到的机器人形心位置做差，就可以得到加负载后机体质心在机器人结构上的相对位置。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术公开的的负载参数调整方法，在使用时不需预先知道四足机器人负载的参数，利用四足机器人本身的基础传感器自适应地对负载后的重要参数进行精确估计，并根据估计的负载参数建立四足机器人运动学模型从而对动力学模型进行修正，使得四足机器人的运动控制更加稳定。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。图1为本专利技术的原理框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。如图1所示的一种四足机器人自适应负载参数调整方法，包括如下步骤：S1：根据四足机器人自身的基础传感器反馈的数据建立四足机器人腿部的静力学模型、动力学模型和运动学模型；其中，基础传感器反馈的数据为负载质量和质心位置；S2：在负载时，利用四足机器人自身的基础传感器对负载参数进行自适应标定，并根据负载参数对四足机器人的运动学模型和动力学模型进行修正，使四足机器人的运动控制更加稳定；其中，负载参数为负载质量估计和质心位置估计；具体的，四足机器人具有4条腿，每条腿具有3个关节，3个关节均由电机驱动，所述的基础传感器包括用于估计机身中心在世界坐标系下的位置及机身姿态的IMU、反馈关节位置的编码器和反馈关节扭矩的电流采样电阻；具体的，考虑四足机器人的每条移动腿有三个自由度，已知每个自由度通过关节活动，每个关节均通过电机带动，在四足机器人静态平衡时，每个电机反馈其估计的输出扭矩，有以下静力学模型：其中为每条腿上三个关节的三维扭矩向量，为每条腿足端的三维地面反作用力，为每条腿的雅可比矩阵，为矩阵的转置；因此可以根据电流采样电阻估算足端力，将4条腿的足端力加起来就可以估算机体质量；具体的，S2中的运动学模型为，根据机身中心位置、机身姿态以及编码器反馈的关节位置解算足端在世界坐标系下的位置；根据编码器反馈的关节处的电机位置和运动学模型可以计算足端相对于身体重心的位置，足端在世界坐标系下的位置：其中表示机身的中心位置，为状态估计输出结果；具体的，负载质量估计的具体方法如下：在四足机器人静态站立状态下，机器人速度和加速度为零，根据静力学模型算得的足端力与整体质量存在以下关系：，其中为第i条腿足端力，为估计的机器人自身和负载的总质量，因此估计的负载质量可以表示为：，其中为已知值。具体的，质心位置估计的具体方法如下：在四足机器人静态站立状态下(机器人速度和加速度为零)，机器人的质心静力矩为零，即：（1）其中表示第i条腿的足端力，表示第i条腿足端到加负载后机体质心的距离矢量，表示第i条腿足端位置，表示加负载后机体质心位置；对4条腿的足端力和足端位置进行N次测量，建立N个上述（1）中的方程组成的方程组：（2）其中只有为未知的加负载后机体质心位置；当N≥4时，上述（2）的方程组为超定方程，为该方程的最小二乘解，用奇异值分解法(SVD)求得，与状态估计得到的机器人形心位置做差，得到加负载后机体质心在机器人结构上的相对位置。以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限定本专利技术的保护范围，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四足机器人自适应负载参数调整方法，基于四足机器人，该种四足机器人具有4条腿，每条腿具有3个关节，3个关节均由电机驱动，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：根据四足机器人自身的基础传感器反馈的数据建立四足机器人腿部的静力学模型、动力学模型和运动学模型；/n其中，基础传感器反馈的数据为负载质量和质心位置；/nS2：在负载时，利用四足机器人自身的基础传感器对负载参数进行自适应标定，并根据负载参数对四足机器人的运动学模型和动力学模型进行修正；/n其中，负载参数为负载质量估计和质心位置估计。/n

【技术特征摘要】
1.一种四足机器人自适应负载参数调整方法，基于四足机器人，该种四足机器人具有4条腿，每条腿具有3个关节，3个关节均由电机驱动，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据四足机器人自身的基础传感器反馈的数据建立四足机器人腿部的静力学模型、动力学模型和运动学模型；
其中，基础传感器反馈的数据为负载质量和质心位置；
S2：在负载时，利用四足机器人自身的基础传感器对负载参数进行自适应标定，并根据负载参数对四足机器人的运动学模型和动力学模型进行修正；
其中，负载参数为负载质量估计和质心位置估计。


2.根据权利要求1所述的四足机器人自适应负载参数调整方法，其特征在于，所述的基础传感器包括用于估计机身中心在世界坐标系下的位置及机身姿态的IMU、反馈关节位置的编码器和反馈关节扭矩的电流采样电阻。


3.根据权利要求2所述的四足机器人自适应负载参数调整方法，其特征在于，每个电机反馈其估计的输出扭矩，在四足机器人静态平衡时，有以下静力学模型：



其中为每条腿上三个关节的三维扭矩向量，为每条腿足端的三维地面反作用力，为每条腿的雅可比矩阵，为矩阵的转置。


4.根据权利要求3所述的四足机器人自适应负载参数调整方法，其特征在于，S2中的运动学模型为根据机身中心位置、机身姿态以及编码器反馈的关节位置解算的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学生，龚迪琛，沈雅阁，
申请(专利权)人：德鲁动力科技成都有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51