【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人自动控制，尤其涉及一种无主动转向自由度的四轮足机器人及转向控制方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、近年来，随着机器人应用技术的不断发展，各种形式的机器人应运而生，并逐渐融入到人类社会中，扮演着重要的角色。四足机器人作为一个重要的研究课题，近年来受到各界学者的关注。四足机器人按结构可分为足式、轮式，足式机器人对环境要求不高，能够适应复杂地形，但是能耗大，运动速度缓慢；轮式机器人具有较高的运动速度，但是地形适应能力差，环境适应性方面不足。
3、而对于移动机器人来说，由于其应用场景多为非结构环境，整体环境较为复杂，因此，需要机器人具有较强的地形适应能力的同时，也具有较好的机动性能。为此，目前还提出了轮足混合式机器人，该机器人摒弃上述两者缺点，综合各自优点，成为机器人研究领域的热点方向。然而，专利技术人发现，现有技术中对轮足式机器人的转弯控制分析较少，而且考虑到四轮足机器人由于腿部重量的限制，且加上主动转向电机后会使控制算法复杂，腿部重量太重也不利于足式运动，因此轮足式机器人通常采用非转向轮且无主动转向自由度，在对这一类轮足式机器人进行转弯控制时，由于轮足式机器人的腿部构型，使得转弯控制无法达到较好的转弯效果，往往无法实现轮足式机器人的大角度转弯。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种无主动转向自由度的四轮足机器人及转向控制方法及系统，将四轮足机
2、第一方面，本专利技术提供了一种无主动转向自由度的四轮足机器人。
3、一种无主动转向自由度的四轮足机器人，包括四轮足机器人本体、控制器和电机；
4、所述四轮足机器人本体包括四轮足机器人躯干以及设置于四轮足机器人躯干上的四个机器人腿部，每一机器人腿部包括三个主动旋转关节，且每一机器人腿部末端设有非转向轮；
5、所述控制器用于通过电机对四轮足机器人躯干、机器人腿部关节和非转向轮进行驱动控制。
6、第二方面，本专利技术提供了一种四轮足机器人转向控制方法。
7、一种四轮足机器人转向控制方法，应用于第一方面所提出的无主动转向自由度的四轮足机器人，包括：
8、获取机器人当前躯干位姿，基于期望躯干位姿，控制躯干转向并产生躯干的偏航角，进而驱动非转向轮产生相同偏航角，同时根据腿部多个关节角度与躯干位姿之间的关系，获取躯干转向后位姿的腿部多关节角度，以此控制四轮足机器人腿部运动，完成偏航控制；
9、基于非转向轮的期望速度，获取期望关节角速度，结合实际关节角速度，采用关节角速度pd控制法控制车轮驱动关节，完成非转向轮的滚动控制；
10、根据四轮足机器人的差速模型转向运动分析，基于期望转向角速度，控制左右车轮差速来产生转向角速度，完成非转向轮的转向控制。
11、进一步的技术方案，腿部多个关节角度与躯干位姿之间关系的获取，包括：
12、对四轮足机器人进行正运动学建模和单腿运动学建模，通过逆运动学解算，获取四轮足机器人腿部多个关节角度与躯干位姿之间的关系。
13、第三方面，本专利技术提供了一种四轮足机器人转向控制系统。
14、一种四轮足机器人转向控制系统，应用于第一方面所提出的无主动转向自由度的四轮足机器人，包括：
15、躯干控制模块，用于获取机器人当前躯干位姿，基于期望躯干位姿，控制躯干转向并产生躯干的偏航角，进而驱动非转向轮产生相同偏航角，同时根据腿部多个关节角度与躯干位姿之间的关系，获取躯干转向后位姿的腿部多关节角度，以此控制四轮足机器人腿部运动，完成偏航控制；
16、非转向轮滚动控制模块，用于基于非转向轮的期望速度，获取期望关节角速度，结合实际关节角速度，采用关节角速度pd控制法控制车轮驱动关节，完成非转向轮的滚动控制；
17、非转向轮转向控制模块，用于根据四轮足机器人的差速模型转向运动分析，基于期望转向角速度，控制左右车轮差速来产生转向角速度，完成非转向轮的转向控制。
18、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
19、1、本专利技术提供了一种无主动转向自由度的四轮足机器人及转向控制方法及系统，将四轮足机器人差速模型转向算法与基于躯干运动控制的轮式转弯算法相结合，解决机器人采用非转向轮且不能大角度转弯的问题，使机器人能够更好的适应复杂环境。
20、2、考虑到足式、轮式移动机器人存在的优缺点，本专利技术提出了一种无主动转向自由度的四轮足机器人，该机器人具有较强的地形适应能力的同时，也具有较好的机动性能，能够适应环境复杂的多种应用场景，同时针对这一机器人的转弯控制，考虑到进行差速转弯时，由于腿部刚性结构会给腿部关节施加较大力矩，进而对关节造成损伤，因此提出了基于躯干运动的转弯控制算法，通过这一算法，一方面实现大角度转弯，另一方面避免转弯过程中对腿部关节造成损伤，提高机器人的安全性和可靠性。
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1.一种无主动转向自由度的四轮足机器人，其特征是，包括四轮足机器人本体、控制器和电机；
2.一种四轮足机器人转向控制方法，应用于如权利要求1所述的无主动转向自由度的四轮足机器人，其特征是，包括：
3.如权利要求2所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，腿部多个关节角度与躯干位姿之间关系的获取，包括：
4.如权利要求3所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，对四轮足机器人进行正运动学建模，包括：
5.如权利要求3所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，对四轮足机器人进行单腿运动学建模，包括：
6.如权利要求3所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，通过逆运动学解算，获取四轮足机器人腿部多个关节角度与躯干位姿之间的关系，包括：
7.如权利要求2所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，四轮足机器人差速模型的转向运动分析，为：
8.如权利要求2所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，根据期望关节角速度和实际关节角速度，采用关节角速度PD控制法控制车轮驱动关节，完成非转向轮的滚动控制，包括：p>
9.一种四轮足机器人的转向控制系统，应用于如权利要求1所述的无主动转向自由度的四轮足机器人，其特征是，包括：
10.如权利要求9所述的四轮足机器人转向控制系统，其特征是，腿部多个关节角度与躯干位姿之间关系的获取，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种无主动转向自由度的四轮足机器人，其特征是，包括四轮足机器人本体、控制器和电机；
2.一种四轮足机器人转向控制方法，应用于如权利要求1所述的无主动转向自由度的四轮足机器人，其特征是，包括：
3.如权利要求2所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，腿部多个关节角度与躯干位姿之间关系的获取，包括：
4.如权利要求3所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，对四轮足机器人进行正运动学建模，包括：
5.如权利要求3所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是，对四轮足机器人进行单腿运动学建模，包括：
6.如权利要求3所述的四轮足机器人转向控制方法，其特征是...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴汇，张国璇，朱传乐，宋锐，侯晋冕，付鹏，王明辉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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