一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统，该方法包括：根据四足机器人形态构建单刚体模型并获取模型参数；根据模型参数构建单刚体动力学模型；利用测力台和运动捕捉系统获取四足机器人的最大起跳高度、跳跃前进距离与地面反力之间对应关系，记为第一数据；获取需要跨越障碍的高度和宽度，记为第二数据；根据第一数据得到第二数据对应的四条腿的地面反力；获取单刚体模型的第i足端位置到质心位置的向量；将第i足端位置到质心位置的向量和第二数据对应的四条腿的地面反力输入单刚体动力学模型得到控制参数；根据控制参数控制所述四足机器人跳跃。本发明专利技术能够实现仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制。实现仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制。实现仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制。

【技术实现步骤摘要】
一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及机器人控制领域，特别是涉及一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统。

技术介绍

[0002]目前现有的机器人可以实现简单的步行、小跑、匍匐、转弯等动作，在草地、坡地等表面连续但不光滑的地形有较好的适应能力。然而现实世界中除了上述规整的路面之外，还存在大量不规则、不连续的障碍，如台阶或地面上的狭小排水管道裂缝，如果使用传统的walk步态或小跑步态，存在着难以攀爬台阶或足端陷入裂缝中无法继续运动的问题。四足机器人相对轮式、履带式机器人来说在跨越障碍上有着本质的优势，这是由于其运动方式不同导致的。轮式机器人对于有一定高度和宽度的障碍物难以实现跨越。
[0003]跳跃动作是四足动物常见的一种运动方式，按照腿部发力顺序可分为四足同时起跳方式和前双足仰起身体后双足蹬地起跳的方式。目前现有的四足机器人跳跃动作均为闭环控制，需要借助IMU等速度、角速度测量单元通过负反馈对跳跃动作进行控制，这样的技术方案一方面由于加装的硬件过多导致机器人整体尺寸较大，无法进一步做到微小型；另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法，其特征在于，包括：根据四足机器人形态构建单刚体模型；获取所述单刚体模型的模型参数；根据所述模型参数构建单刚体动力学模型；利用测力台和运动捕捉系统获取四足机器人的最大起跳高度、跳跃前进距离与地面反力之间对应关系，记为第一数据，所述地面反力为四条腿对应的地面反力；获取需要跨越障碍的高度和宽度，记为第二数据；根据所述第一数据得到第二数据对应的四条腿的地面反力；获取所述单刚体模型的第i足端位置到质心位置的向量；将所述第i足端位置到质心位置的向量和第二数据对应的四条腿的地面反力输入所述单刚体动力学模型，得到控制参数；根据所述控制参数控制所述四足机器人跳跃。2.根据权利要求1所述的仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法，其特征在于，所述“根据四足机器人形态构建单刚体模型”步骤之后，“获取所述单刚体模型的模型参数”步骤之前，还包括：基于所述单刚体模型构建身体坐标系。3.根据权利要求1所述的仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法，其特征在于，所述获取单刚体模型的模型参数，具体包括质心速度、质心加速度、刚体姿态的导数和身体旋转的角加速度。4.根据权利要求1所述的仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法，其特征在于，所述单刚体动力学模型具体为：其中，表示质心速度，表示质心加速度，表示刚体姿态的导数，表示身体旋转的角加速度，m表示总质量，F
i
表示第i足对应的地面反力，i∈[FL,FR,HL,HR]，F
i
∈[F
FL
,F
FR
,F
HL
,F
HR
]，FL表示左前足，FR表示右前足，HL表示左后足，HR表示右后足，F
FL
表示左前足的地面反力，F
FR
表示右前足的地面反力，F
HL
表示左后足的地面反力，F
HR
表示右后足的地面反力，g表示重力加速度，表示刚体姿态，即身体坐标系相对于惯性坐标系的旋转矩阵，B
ω
表示身体旋转的角速度，B
I
表示刚体惯量，表示单刚体动力学模型的状态方程的导数，r
i
表示第i足端位置到质心位置的向量。5.根据权利要求1所述的仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法，其特征在于，所述根据第一数据得到第二数据对应的四条腿的地面反力，具体包括：
判断所述第二数据是否与第一数据中的最大起跳高度和跳跃前进距离相同；若是，则获取第一数据中的四条腿的地面反力作为第二数据对应的四条腿的地面反力；若否，采用双线性插值算法对所述第一数据进行补充。6.一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制系统，其特征在于，包括：模型构建模块，用于根据四足机器人形态构建单刚体模型；参数获取模块，用于获取所述单刚体模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺一鸣，石青，金彦周，许毅，贾广禄，孙韬，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：