[发明专利]一种基于中枢模式发生器的四足机器人运动控制方法

说明书

本发明提供了一种基于中枢模式发生器的四足机器人运动控制方法，包括足端轨迹规划，所述足端轨迹规划包括摆动状态的足端轨迹、支撑状态的足端轨迹和足端相对于根关节轨迹；本发明可以单独控制步行机器人的占空比、运动周期和步态；并且，本发明通过改变机器人的相位对机器人步态进行控制，相位变化间隔可以无限小，这样可使机器人产生任何可能的步态，并且在任何时刻切换步态都能保证切换过程平稳的进行。本发明控制的机器人步态可以使机器人在自然环境下平稳运动。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种基于中枢模式发生器的四足机器人运动控制方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人类正在逐步地扩大对自然界的探索领域，有些人类不能进入或对人身会造成较大伤害的领域，可以依靠机器人对这些领域进行实地探索。足式机器人具有很强的环境适应能力，运动也比较灵活。然而决定多足式机器人对复杂环境适应性的两个关键的因素机器人的位姿和步态，可以通过改变机器人的占地系数和运动频率来调整机器人的位姿，因此机器人的占地系数，频率和步态关系到机器人性能是否能够充分发挥。最初的多足机器人控制方法还不能对机器人的占地系数、运动频率和步态进行单独控制，并且步态仅仅能够使机器人在平坦的硬质地面上行走的具有周期性的步态，后来为使足式机器人具有更广泛的适应性，对步态进一步的研究，步态研究工作逐渐发展到可以使步行机器人能够在非结构地形下行走的非周期步态。经过很多研究者对机器人步态进行了大量的研究工作，机器人的步态也有了很大的发展。

目前机器人运动控制研究工作还没有达到很成熟的地步，还有一些问题需要进一步的解决。现有技术中无法将机器人的占地系数、运动频率和步态进行单独控制，周期步态不适合步行机器人行走于自然环境中，特别是崎岖的地形下，而自由步态可以使机器人在自然环境中运动，但是自由步态计算量比较大、步态生成速度也相对较慢，这样就大大限制了自由步态在机器人上的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于中枢模式发生器的四足机器人运动控制方法，解决现有技术中无法将机器人的占地系数、运动频率和步态进行单独控制，以致限制了自由步态在机器人上应用的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于中枢模式发生器的四足机器人运动控制方法，包括足端轨迹规划，所述足端轨迹规划包括摆动状态的足端轨迹、支撑状态的足端轨迹和足端相对于根关节轨迹；

所述摆动状态的足端轨迹如式(1)：

式(1)中，x为控制信号，x∈[-1,1]；s为步长，h为步行机器人的最大抬腿高度，v₀为步行机器人的平均运动速度。

所述支撑状态的足端轨迹如式(2)：

所述足端相对于根关节轨迹如式(3)：

式(3)中，H为机器人足端相对于根关节的最大高度；为足端相对于根关节的x坐标；为足端相对于根关节的y坐标；为足端相对于根关节的z坐标；

其中，

进一步地，所述四足机器人运动控制方法还包括通过式(4)所述的中枢模式发生器数学模型产生控制信号，该控制信号用于控制四足机器人单条腿的运动状态；

式(4)中，x，y为中枢模式发生器的输出信号；分别为x，y的微分；μ₁，μ₂为外部反馈项；T为振荡器的振荡周期；κ为升降比，0κ1；α为输出信号x在上升状态和下降状态之间的切换速度；σ₁和σ均为中间参数。