一种球形多伸缩足机器人的路径跟踪方法技术

一种球形多伸缩足机器人的路径跟踪方法，属于移动机器人运动控制技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种球形多伸缩足机器人的路径跟踪方法


[0001]本专利技术属于移动机器人运动控制
，具体涉及一种球形多伸缩足机器人的路径跟踪方法
。

技术介绍

[0002]在移动机器人领域，球形多伸缩足机器人是一个可以穿越不确定地形的多功能机器人，它的灵感来自于自然界中以滚动方式运动的生物
。
[0003]针对球形多伸缩足机器人，现有研究提出了两种运动规划方案：离散法和逆运动学法
。Hiroki
等人
[Nozaki,Hiroki,et al."Shape changing locomotion by spiny multipedal robot."2017IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics(ROBIO).IEEE,2017.]为十二足机器人设计了滚动的离散步态
(Shape Changing Locomotion by Spiny Multipedal Robot)
，通过形状变换实现滚动运动
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种球形多伸缩足机器人的路径跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，建立机器人的运动学模型；其次：计算机器人受到的接触力，建立动力学模型；再次，根据机器人的实时运动，设计两种确定运动方向的方法：若机器人在路径内侧，利用机器人和路径相关的切线和垂线方向确定运动方向；若机器人在路径外侧，利用机器人和路径相关的切线和截线方向确定运动方向；最后：通过两个机器人运动的临界状态决定足腿的伸缩
。2.
根据权利要求1所述的一种球形多伸缩足机器人的路径跟踪方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一：建立机器人运动学模型：所述机器人采用
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只伸缩足的设计，将
12
只伸缩足布置在正
12
面体
12
个面的中心垂线上；则机器人的运动学模型通过下述
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个物理量进行描述：
q
＝
[x y z v
x v
y v
z λ
0 λ
1 λ
2 λ
3 ω
x ω
y ω
z
]
T
#(1)
其中，
[x y z]
表示机器人在惯性系下的质心位置坐标，
[v
x v
y v
z
]
表示惯性系下的质心速度，
[
λ
0 λ
1 λ
2 λ3]
以四元数的方式表示机器的姿态，
[
ω
x ω
y ω
z
]
表示随体坐标系下的角速度；步骤二：计算机器人受到的接触力，建立动力学模型，具体如下：
2.1)
计算机器人受到的法向接触力采用线性弹簧
‑
阻尼模型，完成对机器人足端和地面接触
、
碰撞
、
相对滑动
、
分离时的接触力计算，得到机器人受到的法向接触力为：其中，
K
为线性刚度系数，
D
为接触阻尼系数，
δ
n
为机器人触地足的嵌入深度，为机器人触地足的嵌入速度；
2.2)
计算机器人受到的切向摩擦力在进行切向摩擦力计算时，考虑机器人足端和地面之间的切向相对运动；则切向摩擦力为：其中，
δ
s
为机器人触地足和地面的切向相对滑移，为机器人触地足和地面的切向相对速度；当
F
s
达到最大切向摩擦力时接触面将发生塑性滑移，完整的切向摩擦力表示为：
2.3)
则机器人受到的总接触力为：
2.4)
得到机器人的动力学模型计算机器人所受到的重力和接触力的合力为：
F
＝
mg+F1#(8)
计算得到的接触力力矩为：式中，
c
为机器人中心到足腿的距离
,
δ
n
为机器人触地足的嵌入深度；则机器人受到的合力矩为：式中，
M
T
为合力矩，为重力力矩；得到的机器人的动力学模型为：式中，
v
x
v
y
v
z
为机器人三个分量的速度，为为四元数的导数，表示机器人的姿态，
a
x a
y
a
z
为机器人三个分量的加速度，
α
x
α
y
α
z
为机器人三个分量的角加速度；由公式
(15)
对机器人进行姿态调整及运动控制；步骤三：根据机器人的实时运动，确定机器人的运动方向；针对机器人在预定路径的不同位置，采取不同的规划方案实现对运动方向的规划，设计两种确定运动方向的方法：
3.1)
首先确定垂线向量和切向向量；机器人沿着预定路径运动时，找到路径上离机器人最近的点，垂线向量为机器人中心与该...

【专利技术属性】
技术研发人员：许锋德，赵旭东，岳明，吴忱阳，陈思宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：