一种基于变质心的机器人越障控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及机器人越障控制领域，公开了一种基于变质心的机器人越障控制方法和系统。建立摆臂式履带机器人变结构质心运动学模型，计算障碍估算高度；基于障碍估算高度和动作序列规则生成动作控制序列；基于子动作与变结构质心运动学模型预测质心变化状态；评价质心变化状态是否满足越障需求，若满足，根据动作控制序列控制机器人越障，否则修正子动作，有效提高了机器人越障性能和可靠性，降低非视距条件下操作手操作难度，估算障碍高度，不依赖外部传感器，降低了系统成本和系统复杂度。降低了系统成本和系统复杂度。降低了系统成本和系统复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变质心的机器人越障控制方法和系统


[0001]本专利技术涉及机器人越障控制领域，具体涉及一种基于变质心的机器人越障控制方法和系统。

技术介绍

[0002]履带特种机器人作为机器人的重要种类，是为承担反恐防爆、抗震救灾等特殊应急任务需求开发的特种机器人装备，相较于普通机器人，履带特种机器人对越障能力提出了更高的要求，需要具备强大的处置能力、足够的越障能力和便捷的控制手段。为保证系统越障能力，现有技术主要从结构上进行改进，以在结构上留出冗余，增强行进越障能力，出现了履带式、轮式、复合摆臂式、轮腿复合式等多种构型的履带特种机器人，复合摆臂式履带机器人是现行搜救、排爆履带机器人的典型构型。
[0003]现行复合摆臂式履带机器人为保证本体功能多样性，通常设置较多的可活动关节数，每个活动关节对应一组操纵摇杆，现有技术中主要采用手动遥控的方式，专业操作员手动遥控各个活动关节对应的操纵摇杆实现越障、抓取等复杂功能，一方面人工遥控时，需要时刻关注机器人姿态防止倾覆，且同时控制多个操作摇杆，操作难度较大；另一方面在执行非视距、极限越障任务时，人工操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变质心的机器人越障控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立摆臂式履带机器人变结构质心运动学模型，计算障碍相对于机器人本体的障碍估算高度；S2：基于障碍估算高度和动作序列规则生成动作控制序列，所述动作控制序列包括一个或多个子动作；S3：基于子动作与变结构质心运动学模型预测质心变化状态；S4：基于质心约束和越障质心需求评价质心变化状态是否满足越障需求，若满足，执行S6，否则执行S5；S5：基于预测质心变化状态、质心约束和越障质心需求修正子动作，返回步骤S3；S6：输出子动作至摆臂式履带机器人控制器，根据子动作控制机器人越障；机械臂末端触碰障碍顶部，获取机器人姿态信息，基于机器人姿态信息计算障碍高度以获得障碍相对于机器人本体的障碍估算高度；预测质心变化状态具体包括根据变结构质心运动学模型计算在子动作和子动作控制量下质心变化后的坐标。2.根据权利要求1所述的一种基于变质心的机器人越障控制方法，其特征在于，所述S1具体包括：机器人质心在机器人坐标系中的坐标与在世界坐标系的坐标转换公式为：其中：表示机器人质心坐标在机器人坐标系与世界坐标系的坐标转换，为机器人坐标系与世界坐标系之间的齐次变换矩阵，为整机质心在机器人坐标系下的坐标，为中间参数，为绕固定世界坐标系机器人的俯仰角，为坐标系变换的平动系数，动系数，分别为主履带、前摆臂、机械臂大臂、机械臂小臂和机械臂末端质量，分别为底盘和机械臂质量，分别为底盘、前摆臂质心距离机器人坐标系原点的距离，表示机械臂大臂、机械臂小臂、机械臂末端连杆质心到关节2、3、4的距离，表示机械臂大臂、机械臂小臂连杆长度，为机械臂底座中心距机器人坐标系原点方向和方向的偏移量。3.根据权利要求1所述的一种基于变质心的机器人越障控制方法，其特征在于，所述机械臂末端触碰障碍顶部，获取机器人姿态信息，基于机器人姿态信息计算障碍高度以获得障碍相对于机器人本体的障碍估算高度，具体包括：建立机械臂载荷运动学模型；建立机械臂末端位姿与机器人车体的位姿变换矩阵；确定机器人姿态，基于机器人姿态计算障碍与对面的相对高度。
4.根据权利要求3所述的一种基于变质心的机器人越障控制方法，其特征在于，所述机械臂末端位姿与机器人车体的位姿变换矩阵为：其中，为机械臂末端相对底座的平移矩阵；为机械臂末端相对底座的旋转矩阵；为底座坐标系0到末端坐标系4的齐次变换矩阵，为底座坐标系0到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶永，高赫，温宇方，兰江波，刘海涛，韩栋明，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：