[发明专利]基于机身重心位移校正的六足机器人关节角度标定方法

说明书

本发明提供一种基于机身重心位移校正的六足机器人关节角度标定方法，所述方法通过驱动机器人以任意三足支撑地面、另外三足抬起并始终保持不接触地面；选取其中一条支撑足，驱动其上某一关节发生角度转动，则该足底滑动、另两足底与地面不滑动；通过建立关节角度与机身重心运动轨迹间的函数关系，依靠机身IMU单元测得三自由度加速度，经二次积分计算机身相对运动轨迹，根据多足移动机器人运动学模型求解支撑足末端相对机身坐标，进而校正支撑足各关节角度。本发明所述标定方法能快速准确完成对多足移动机器人关节角度校正，保证机器人多足协调与运动轨迹精度；也可用于检查机器人足关节故障，为机器人运动决策提供依据。

技术领域

本发明涉及足式移动机器人运动情况的标定方法，属于机器人技术领域，具体地，涉及一种基于机身重心位移校正的六足机器人关节角度标定方法。

背景技术

相较于轮式移动机器人，足式移动机器人因其具有灵活多变的运动模式，故拥有较强的越障能力，在非结构化环境中具备更好的运动功能鲁棒性。作为足式移动机器人的典型代表，六足移动机器人正逐渐成为足式移动机器人领域研究的热点。

由于六足移动机器人多属于混联机构，运动冗余关节较多，因此其运动控制的准确性及效率难以保证，运动学问题也就成为了六足移动机器人控制理论研究领域的主要热点之一。六足移动机器人的运动精度因其结构特征主要取决于足部各支链的协调与运动轨迹精度，并需要尽量减小足底受力对各关节角度的控制精度影响。因此需要准确的矫正各关节转动角度，从而提高运动轨迹控制精度，降低足底与地面接触冲力。

专利号为201610017524，名为“一种机器人的标定系统及方法”，该发明公开了一种通过计算机采集标定装置的数据以及机器人的关节转角进行运动参数标定的方法。

专利号为201410231904，名为“串联关节式机器人绝对定位误差校准方法及标定系统”，该发明公开了一种通过光学定位仪在上位机中建立被测关节及相邻关节的轴线模型，输出目标转角的网络模型，进行零位误差校准。

但是上述专利存在以下不足：其标定过程需要使用精密光学定位仪或额外位置传感器，增加了标定过程中的额外投入，对于标定过程中的环境也提出了一定的要求。除此以外，需要被标定的机械系统需要增加一定的标定装置以进行零点校准，增加了操作的复杂度以及成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于机身重心位移校正的六足机器人关节角度标定方法，以标定一种六足式移动机器人关节零点与旋转角度为目的，建立了关节零点、关节变化量同机器人位姿的映射关系，并结合惯性姿态传感器，本发明的标定方法基于六足机器人原有配置的IMU传感器，无需增加额外的仪器或标定装置即可实现零点标定，在六足机器人设计工作范围及设计构型条件下即可满足使用需求。

为实现以上目的，本发明提供一种基于机身重心位移校正的六足机器人关节角度标定方法，即：

驱动六足移动机器人以任意三支撑足支撑地面，选取其中一条支撑足并驱动该支撑足上某一关节发生角度转动，且该支撑足足底滑动，另外两支撑足底与地形不滑动；保持两支撑足固定不动，另外一支撑足转动髋关节；

采用机身配置的IMU传感器中的三自由度加速度模块，经二次积分计算机身相对运动轨迹，根据多足移动机器人足-身运动学模型，求解支撑足末端相对机身的坐标，进而校正支撑足各关节角度，从而实现对六足机器人进行全部关节角度标定。

所述六足机器人，其六个结构相同的机械足绕正六边形机身呈旋转对称布置，从机身到足底上的三个关节依次定义为：髋关节、臀关节、膝关节；在六足机器人机身重心处设立机身坐标系，机身坐标系中：xoy平面与机身平面平行、z轴垂直于机身平面；六足髋关节转动轴垂直于机身平面，每个机械足上的臀关节转动轴与膝关节转动轴相互平行且均与机身平面平行。

具体的，所述六足机器人关节角度标定方法，包括如下步骤：