一种四足机器人姿态复位控制方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种四足机器人姿态复位控制方法，包括获取机器人的角速度、加速度以及姿态角等计算得出机器人的实时位置和实时速度；然后根据四足机器人的期望运动速度、实时速度和实时位置对四足机器人的摆动相的每条腿的足端运动轨迹；以及计算得出四足机器人的每条腿的伺服电机摇臂角度，进而生成伺服控制输出指令控制每条腿的运动状态；当摆动相的每条腿均触地时，将作为摆动相的每条腿立即停止运动并切换至支撑相，将作为支撑相的每条腿切换为摆动相，然后继续获取数据，进行下一周期的姿态控制；直到四足机器人停止运动。本发明专利技术还公开了一种四足机器人姿态复位控制装置及存储介质。存储介质。存储介质。

【技术实现步骤摘要】
一种四足机器人姿态复位控制方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及四足机器人领域，尤其涉及一种四足机器人姿态复位控制方法和系统。

技术介绍

[0002]仿生足式机器人在工程探险、反恐防爆、军事侦察等领域内具有良好的应用前景，因此，对于仿生足式机器人的研究也越来越热门，其中，由于四足机器人既有超于二足机器人的平稳性又避免了六足机器人机构的冗余和复杂性，其应用的最为广泛。但是，目前的仿生足式机器人是基于舵机的控制系统来实现其运动的，其机器人的各个关节的速度不可控，足端运动轨迹不圆滑，同时其运动速度不可根据实际的情况进行变更，对于机器人的姿态复位也无法进行控制。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种四足机器人姿态复位控制方法，其能够控制现有四足机器人的姿态的快速复位。
[0004]本专利技术的目的之二在于提供一种四足机器人姿态复位控制装置，其能够控制现有四足机器人的姿态的快速复位。
[0005]本专利技术的目的之三在于提供一种存储介质，其能够控制现有四足机器人的姿态的快速复位。
[0006]本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：
[0007]一种四足机器人姿态复位控制方法，所述姿态复位控制方法包括：
[0008]数据解算步骤：获取所述四足机器人的姿态角、加速度和角速度并；
[0009]矩阵解算步骤：采用运动学正解对所述四足机器人的角速度、姿态角和加速度进行计算得出所述四足机器人的每个腿的足端位置，并结合所述四足机器人的尺寸数据进行里程计计算得出所述四足机器人的实时位置和实时速度；
[0010]摆动相计算步骤：获取并根据所述四足机器人的期望运动速度、实时速度与实时位置计算得出所述四足机器人的摆动相的每条腿的足端运动轨迹；同时，采用运动学逆解对所述四足机器人的摆动相的每条腿的足端运动轨迹进行计算得出所述四足机器人的摆动相的每条腿的伺服电机摇臂角度；
[0011]支撑相计算步骤：使用VMC三通道控制算法对所述四足机器人的实时速度和实时位置进行计算以得出所述四足机器人的支撑相的各个腿的关节力矩，以及采用伪力矩模型将所述四足机器人的支撑相的每条腿的关节力矩转换为伺服电机期望转速；同时更新四足机器人的支撑相的每条腿的伺服电机摇臂角度；控制步骤：根据所述四足机器人的每条腿的伺服电机摇臂角度和伺服电机的类型生成对应的伺服控制指令并控制四足机器人的每条腿的运动；
[0012]检测步骤：当四足机器人的摆动相的每条腿均触地时，将作为摆动相的每条腿立
即停止运动并切换为支撑相，将作为支撑相的每条腿切换为摆动相，然后执行数据解算步骤；直到四足机器人停止运动。
[0013]进一步地，所述数据解算步骤还包括：通过姿态传感器获取IMU数据，并对IMU数据进行预处理，然后对与处理后的IMU数据进行姿态解算得出所述四足机器人的姿态角和加速度，最后结合所述四足机器人的尺寸数据、姿态角和加速度计算得出所述四足机器人的角速度。
[0014]进一步地，所述数据解算步骤还包括：根据所述四足机器人的尺寸数据得出所述四足机器人的数学模型，并根据所述四足机器人的数学模型、姿态角和加速度计算得出四足机器人的角速度；所述四足机器人的数学模型是根据所述四足机器人的尺寸数据转换形成的数学；所述四足机器人的尺寸数据包括机器人的身体的长度、宽度、高度、大腿长度和小腿长度。
[0015]进一步地，所述姿态传感器包括三轴陀螺仪和三轴加速度计；所述预处理包括中值滤波处理和/或低通滤波处理。
[0016]进一步地，所述矩阵解算步骤具体包括：
[0017]首先根据三角函数和余弦定理得出运动学正解表达式如公式(1)：
[0018][0019]其中，l为虚拟腿长，L1为四足机器人的小腿长度，L2为四足机器人的大腿长度，θ＝[θ1,θ2]为电机驱动摇臂角度；
[0020]然后对机器人的虚拟腿长l进行分解得出四足机器人每条腿的足端位置p＝[x,z]为：
[0021][0022]再根据公式(1)和(2)推算得出电机驱动摇臂角度θ＝[θ1,θ2]为：
[0023][0024]对公式(3)进行求偏导得出雅可比矩阵：
[0025][0026][0027]其中，
[0028]最后根据雅可比矩阵将四足机器人的每个腿的关节速度转换为足端移动速度，进而得出四足机器人的每个腿的足端位置。
[0029]进一步地，所述摆动相计算步骤之前还包括：
[0030]修正步骤：获取外部定位传感器的数据，并将通过里程计计算得出的四足机器人的实时速度和实时位置和外部定位传感器的数据进行融合得出所述四足机器人的实时速度和实时位置；所述外部定位传感器的数据包括通过检测设备检测得出的四足机器人的实时位置和实时速度。
[0031]进一步地，所述修正步骤还包括：
[0032]通过卡尔曼滤波算法将里程计计算得出的所述四足机器人的实时速度与实时位置与外部定位传感器的检测得到的所述四足机器人的实时速度与实时位置进行融合得出所述四足机器人的实时速度和实时位置。
[0033]进一步地，所述修正步骤还包括：获取外部定位传感器的数据并对所述外部定位传感器的数据进行滤波处理；所述滤波处理包括微分处理和低通滤波处理；所述外部定位传感器为激光雷达传感器。
[0034]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0035]一种四足机器人姿态复位控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序为四足机器人姿态复位控制程序，所述处理器执行所述四足机器人姿态复位控制程序时实现如本专利技术的目的之一采用的一种四足机器人姿态复位控制方法的步骤。
[0036]本专利技术的目的之三采用如下技术方案实现：
[0037]一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序为四足机器人姿态复位控制程序，所述四足机器人姿态复位控制程序用于执行如本专利技术的目的之一采用的一种四足机器人姿态复位控制方法的步骤。
[0038]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0039]本专利技术通过安装于四足机器人的姿态传感器以获取四足机器人的姿态数据，然后将其用于对四足机器人的姿态控制，通过控制四足机器人的支撑相与摆动相的腿的运动状态，以实现四足机器人的运动控制以及姿态复位，解决现有技术中四足机器人无法实现姿态复位的问题。
附图说明
[0040]图1为本专利技术提供的一种四足机器人姿态复位控制方法流程图；
[0041]图2为步骤S5的具体流程图。
具体实施方式
[0042]下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0043]实施例一
[0044]本专利技术应用于四足机器人，其通过对四足机器人用于角步态行走腿进行划分，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四足机器人姿态复位控制方法，其特征在于，所述姿态复位控制方法包括：数据解算步骤：获取所述四足机器人的姿态角、加速度和角速度并；矩阵解算步骤：采用运动学正解对所述四足机器人的角速度、姿态角和加速度进行计算得出所述四足机器人的每个腿的足端位置，并结合所述四足机器人的尺寸数据进行里程计计算得出所述四足机器人的实时位置和实时速度；摆动相计算步骤：获取并根据所述四足机器人的期望运动速度、实时速度与实时位置计算得出所述四足机器人的摆动相的每条腿的足端运动轨迹；同时，采用运动学逆解对所述四足机器人的摆动相的每条腿的足端运动轨迹进行计算得出所述四足机器人的摆动相的每条腿的伺服电机摇臂角度；支撑相计算步骤：使用VMC三通道控制算法对所述四足机器人的实时速度和实时位置进行计算以得出所述四足机器人的支撑相的各个腿的关节力矩，以及采用伪力矩模型将所述四足机器人的支撑相的每条腿的关节力矩转换为伺服电机期望转速；同时更新四足机器人的支撑相的每条腿的伺服电机摇臂角度；控制步骤：根据所述四足机器人的每条腿的伺服电机摇臂角度和伺服电机的类型生成对应的伺服控制指令并控制四足机器人的每条腿的运动；检测步骤：当四足机器人的摆动相的每条腿均触地时，将作为摆动相的每条腿立即停止运动并切换为支撑相，将作为支撑相的每条腿切换为摆动相，然后执行数据解算步骤；直到四足机器人停止运动。2.根据权利要求1所述的四足机器人姿态复位控制方法，其特征在于，所述数据解算步骤还包括：通过姿态传感器获取IMU数据，并对IMU数据进行预处理，然后对与处理后的IMU数据进行姿态解算得出所述四足机器人的姿态角和加速度，最后结合所述四足机器人的尺寸数据、姿态角和加速度计算得出所述四足机器人的角速度。3.根据权利要求2所述的四足机器人姿态复位控制方法，其特征在于，所述数据解算步骤还包括：根据所述四足机器人的尺寸数据得出所述四足机器人的数学模型，并根据所述四足机器人的数学模型、姿态角和加速度计算得出四足机器人的角速度；所述四足机器人的数学模型是根据所述四足机器人的尺寸数据转换形成的数学；所述四足机器人的尺寸数据包括机器人的身体的长度、宽度、高度、大腿长度和小腿长度。4.根据权利要求2所述的四足机器人姿态复位控制方法，其特征在于，所述姿态传感器包括三轴陀螺仪和三轴加速度计；所述预处理包括中值滤波处理和/或低通滤波处理。5.根据权利要求1所述的四足机器人姿态复位控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁进波，
申请(专利权)人：广州市优普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：