[发明专利]四足仿生机器人连续自由步态生成方法

说明书

一种四足仿生机器人连续自由步态生成方法，包括以下步骤：（1）获得地形点云数据，得到地形的高程图，对比预先设立的阈值，判断地形中的不可落足区域；（2）计算机器人各足选定为摆动足时，保证机器人在足摆动阶段稳定性所需要的重心调整量；（3）根据机器人各足的位置，选定摆动足；（4）机器人按照计算的重心调整量主动调整重心至目标位置；（5）结合地形信息与机器人的位置信息，为摆动足选择地形中的相应位置点作为最优落足点；（6）摆动足摆动至最优落足点，当摆动足的足底触底传感器检测到触地，转到步骤（2）。该方法可使机器人避免出现因落足于不可落足区域而造成失稳的情况，从而自主、稳定、快速地通过复杂的崎岖地形。

技术领域

本发明涉及一种用于生成四足仿生机器人连续自由步态的方法，使用该方法，四足仿生机器人可以快速、稳定地通过包含不可落足区域的复杂地形，属于机器人控制技术领域。

背景技术

四足机器人能够在崎岖度较高的自然地形上，甚至是一些对于轮式和履带式机器人无法跨越的复杂地形环境中稳定行走。在复杂的自然地形环境中往往存在着不适于四足机器人落足的区域，当机器人落足于这些区域时，极易发生足底滑动、沉陷等影响机器人稳定性的情况。因而，四足机器人在包含不可落足区域的地形上行走时，就必须能够准确获取地形信息，进而通过相应的处理，获得地形中的不适于机器人落足的不可落足区域，并基于此，提出相应的步态规划方法。

四足机器人落足点是离散的，为保证机器人稳定地通过包含不可落足区域的崎岖地形，并且避免落足于地形中的不可落足区域，四足机器人必须使用非周期性静步态——自由步态。

在四足机器人的相关研究领域中，自由步态规划是提高四足机器人地形适应性的关键因素。目前，国内外研究者们已经给出了多种自由步态的生成方法。1999年《Robotica》(《机器人》)在17(4):405-412发表的论文《Quadruped free gait generation based onthe primary/secondary gait》中，提出了一种名为“主要/次要”的自由步态生成方法，机器人在行走过程中，主要以周期性静步态行走，只有在无法使用周期性静步态行走时，才转而使用自由步态向前行走；2002年，《The International Journal of RoboticsResearch》(《国际机器人研究杂志》)在21(2):115-130发表的论文《Free gaits forquadruped robots over irregular terrain》提出了三种不同类型的自由步态：自由蟹行步态、自由自转步态和自由转向步态，机器人使用这三种自由步态能够在包含不可落足区域的地形上以任意方向上前进；2015年，在《四足机器人越障自由步态规划与控制研究》中提出了一种基于图搜素算法生成自由步态的方法。在这些步态规划中，普遍存在着未给出具体的对地形信息获取和处理的问题，而准确处理地形信息，是使四足机器人避免落足于地形中不可落足区域的前提。另外，在这些自由步态规划中，机器人的重心只沿前进方向上移动，稳定性不高，限制了机器人的地形适应性。中国专利文献CN104267720A公开了《一种四足仿生机器人的自由步态生成方法》，使用该步态生成方法可生成一种非连续自由步态，当机器人以这种步态行走时，存在着平均运动速度较低的不足。该步态生成方法是基于提前给定地形中的可选落足点进行规划的，未给出根据地形信息自主分析地形中不可落足点区域的算法，与实际应用需求贴合度不高。另外，在自由步态规划中，迈步顺序的确定方法对机器人运动性能的影响较大，而在该步态生成方法中，仅以运动学裕度作为迈步顺序确定的依据，未综合考虑影响机器人运动性能的其他因素。

有鉴于此，为提高四足机器人在包含不可落足区域的地形上行走时的自主性，必须给出通过处理地形信息获得地形中不可落足区域的处理方法；同时，对于四足仿生机器人自由步态生成中迈步顺序的确定、重心移动规划等方面，需综合考虑四足仿生机器人在行走过程中的稳定性、快速性和灵活性，以提高四足仿生机器人的地形适应性为目标，生成符合实际需求的自由步态。

发明内容