本发明专利技术公开一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法及系统，涉及机器人控制领域，该方法包括：对机器人进行爬行建模，得到第一运动状态位移、第一运动状态电机转动角度、第二运动状态位移、第二运动状态电机转动角度；所述第一运动状态为直线运动，第二运动状态为自身旋转运动；建立被动弹性动力模型，得到机器人在跳跃过程中的高度与角度；控制所述机器人达到所述高度；构建纵向通道传递函数和控制器对机器人的滑翔姿态进行控制；所述控制器包括：内环姿态控制器和外环位置控制器。本发明专利技术可保证机器人空中姿态的稳定，并顺滑衔接滑翔模态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人控制领域，特别是涉及一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法及系统。
技术介绍
1、仿生多模态机器人是指运用仿生学原理研制的具备三种及三种以上运动模态(例：爬行，奔跑，跳跃，滑翔，飞行等)的机器人，在民用及军事领域均有广泛的应用前景，同时，利用仿生机器人研究动物行为及其与环境作用机制，也为人类探索生命规律提供了新方法和途径。
2、在非结构化自然环境中，微小型机器人难以跨越尺度大于自身数倍的障碍物，需要依靠跳跃，甚至是飞行的方式到达指定位置。而现有的机器人很难同时兼备爬行、跳跃、滑翔三种运动能力，同时难以实现模态间稳定、自然、快速地切换。
3、首先，机器人在起飞前需要进行位置以及姿态的微调，需要依靠爬行的方式移动到最佳起飞点，并调整初始起跳角度以实现最佳的飞行效果。
4、其次，微小型机器人的移动效率有限，难以于地面小范围内起飞。需要以跳跃作为起飞方式，以此提供足够的瞬时起飞速度。
5、最后，跳跃过渡到滑翔模态时存在着翻转失速的问题，因而需要提出一种控制策略保证机器人空中姿态的稳定，并顺滑衔接滑翔模态。
6、为此，需要通过建立不同运动模态的数学模型、分析跃翔机理来研究运动模态的切换并解决以上问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法及系统，可保证机器人空中姿态的稳定，并顺滑衔接滑翔模态。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，包括：
4、对机器人进行爬行建模，得到第一运动状态位移、第一运动状态电机转动角度、第二运动状态位移、第二运动状态电机转动角度；所述第一运动状态为直线运动，第二运动状态为自身旋转运动；
5、建立被动弹性动力模型，得到机器人在跳跃过程中的高度与角度；
6、控制所述机器人达到所述高度；
7、构建纵向通道传递函数和控制器对机器人的滑翔姿态进行控制；所述控制器包括：内环姿态控制器和外环位置控制器。
8、可选的，所述第一运动状态位移、第一运动状态电机转动角度的表达式如下：
9、当x-(xp1+xp2)·n≥xp1时
10、
11、当x-(xp1+xp2)·n≤xp1时
12、
13、其中，n表示周期整数，x表示第一运动状态直线运动距离，xp1表示机器人在阶段一走过的距离，xp2表示机器人在阶段二走过的距离，θ1表示第一运动状态电机转动角度。
14、可选的，所述第二运动状态位移、第二运动状态电机转动角度的表达式如下：
15、当d·α-(xp1+xp2)·n≥xp1时
16、
17、当d·α-(xp1+xp2)·n≤xp1时
18、
19、其中，n表示周期整数，α表示机器人的平面旋转角度，xp1表示机器人在阶段一走过的距离，xp2表示机器人在阶段二走过的距离，θ2表示第二运动状态电机转动角度。
20、可选的，所述机器人的起跳高度的表达式如下：
21、
22、其中，θ0表示机器人的起跳高度，g表示重力加速度，s表示机器人起跳位置与障碍物的直线距离，表示机器人起跳时在x方向的速度，表示机器人起跳时在y方向的速度。
23、可选的，所述纵向通道传递函数的表达式如下：
24、
25、其中，θ(s)表示俯仰角的传递函数，s表示拉普拉斯变换的复变量，表示中间变量，表示中间变量，表示中间变量，δe(s)表示复数域中机器人的舵片角，表示中间变量。
26、可选的，所述内环姿态控制器的表达式如下：
27、
28、其中，δe(t)表示机器人舵片角的时间域，θc(t)表示时间域中想要机器人达到的角度，θ(t)表示时间域中机器人的角度，表示对机器人角度调节的pid中微分调节，q(t)表示机器人的角速度，表示对机器人角度调节的pid中的比例环节。
29、可选的，所述外环位置控制器的表达式如下：
30、
31、其中，θc(t)表示时间域中想要机器人达到的角度，表示对高度调节的pid中的比例环节，hc(t)表示在时间域中想让机器人达到的高度，h(t)表示时间域中机器人的高度，τ表示积分因子，表示对高度调节的pid中的积分调节，hc(τ)表示在瞬时想让机器人达到的高度，h(τ)表示在瞬时机器人的高度。
32、第二方面，本专利技术提供一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制系统，包括：
33、爬行建模模块，用于对机器人进行爬行建模，得到第一运动状态位移、第一运动状态电机转动角度、第二运动状态位移、第二运动状态电机转动角度；所述第一运动状态为直线运动，第二运动状态为自身旋转运动；
34、被动弹性动力模型构建模块，用于建立被动弹性动力模型，得到机器人在跳跃过程中的高度与角度；
35、控制模块，用于控制所述机器人达到所述高度；
36、控制器构建模块，用于构建纵向通道传递函数和控制器对机器人的滑翔姿态进行控制；所述控制器包括：内环姿态控制器和外环位置控制器。
37、第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法。
38、第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法。
39、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
40、本专利技术所提供的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法及系统根据起跳位置与滑翔方向，机器人自主规划轮腿步态精确地到达起飞点，并通过自身旋转调整方向，位置与方向调整完毕后输入跳跃信号，在收到跳跃信号后，机器人可以自主根据障碍物高度和与障碍物的距离规划跳跃起始角度，瞬间释放能量，快速地到达障碍物正上方而不会翻转，进入滑翔模态，根据最大滑翔高度hc，机器人结合进入滑翔模态时的位姿自主对舵片角进行调整，最终达到要求的最大滑翔高度。
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【技术保护点】
1.一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述第一运动状态位移、第一运动状态电机转动角度的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述第二运动状态位移、第二运动状态电机转动角度的表达式如下：
4.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述机器人的起跳高度的表达式如下：
5.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述纵向通道传递函数的表达式如下：
6.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述内环姿态控制器的表达式如下：
7.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述外环位置控制器的表达式如下：
8.一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1至7中任一项所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法。
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【技术特征摘要】
1.一种仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述第一运动状态位移、第一运动状态电机转动角度的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述第二运动状态位移、第二运动状态电机转动角度的表达式如下：
4.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述机器人的起跳高度的表达式如下：
5.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域机器人的多模态运动控制方法，其特征在于，所述纵向通道传递函数的表达式如下：
6.根据权利要求1所述的仿蝗虫陆空跨域...
【专利技术属性】
技术研发人员：石青，张伟涛，魏子森，董长文，彭亮，许毅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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