[发明专利]提高仿生机械恐龙爬行稳定性的步态规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及四足机器人，具体涉及提高仿生机械恐龙爬行稳定性的步态规划方法。

背景技术

机器人技术是近几十年来迅速发展起来的一门高新技术，它综合了机械、微电子与计算机、自动控制、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，是机电一体化技术的典型载体。大型四足仿生机械恐龙是四足步行机器人的一种重要应用，广泛应用于娱乐、影视等领域。

众所周知，行走的稳定性是四足步行机器人的关键技术，控制四足步行机器人行走稳定性的基础是步态规划。为此，众多的研究机构都对四足步行机器人的步态规划展开了研究，然而，这些研究课题的研究对象都是小型四足步行机器人，在进行步态规划时，主要考虑的是腿部各关节变化对整体稳定性的影响。因此，这些步态规划应用到大型四足仿生机械恐龙时具有一定的局限性。主要原因在于：

（1）大型四足仿生机械恐龙尺寸大、质量重，且质量分布较为离散；

（2）大型四足仿生机械恐龙的腿部和首、尾质量相对较大，而现有针对小型四足机器人的步态规划中并没有考虑首、尾质量的影响。

有鉴于此，对于大型四足仿生机械恐龙而言，必须结合其腿部和首尾的运动对重心的影响对爬行步态进行重新规划设计，以提高大型四足仿生机械恐龙的行走稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决如何提高大型四足仿生机械恐龙的行走稳定性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种提高仿生机械恐龙爬行稳定性的步态规划方法，一个爬行周期的步态规划如下：

（1）下蹲，四腿弯曲形成所述特定的腿部初始姿态；

（2）身体右倾，并向右摆尾，使整体重心右移至左后腿、右前腿、右后腿立足点所构成的三角形区域内；

（3）迈左前腿，使整体重心前移并维持在左前腿、右前腿、右后腿立足点所构成的三角形区域内；

（4）迈左后腿，使整体重心前移至左前腿、左后腿、右前腿、右后腿立足点所构成的四边形区域内；

（5）身体左倾，并向左摆尾，使整体重心左移至左前腿、左后腿、右前腿立足点所构成的三角形区域内；

（6）迈右后腿，使整体重心前移至左前腿、左后腿、右后腿立足点所构成的三角形区域内；

（7）迈右前腿，使整体重心前移至左前腿、左后腿、右前腿、右后腿立足点所构成的四边形区域内；

（8）身体右倾，使整体重心恢复至左前腿、左后腿、右前腿、右后腿立足点所构成的四边形区域的几何中心位置。

在上述方法中，前进爬行步态的腿部初始姿态为：仿生机械恐龙的四条腿同时下蹲，膝关节均前屈相同的角度，且θ_T＝-38°，θ_S＝55°；

θ_T：大腿与竖直方向的夹角；

θ_S：小腿与大腿延长线之间的夹角。

在上述方法中，在前进爬行步态中，任一条腿的足底运动轨迹满足以下条件：

x＝-L_Tsin(θ_T)-L_Ssin(θ_T+θ_S)；

y＝-L_Tcos(θ_T)-L_Scos(θ_T+θ_S)；

式中：

L_T：大腿长度；

L_S：小腿长度；

θ_T：大腿与竖直方向的夹角；

θ_S：小腿与大腿延长线之间的夹角。

在上述方法中，任一条腿的迈腿过程中，

大腿关节的转动角度θ_T满足以下条件：

t=0.00～0.15秒时，θ_T＝-1.39t^2-0.17；

t=0.15～1.17秒时，θ_T＝-0.42t-0.14；

t=1.17～1.32秒时，θ_T＝1.39t²-3.67t+1.75；

t=1.32～1.47秒时，θ_T＝--0.66；

t=1.47～1.98秒时，θ_T＝-0.66；

t=1.98～2.13秒时，θ_T＝1.39t²-5.53t+4.83；