[发明专利]一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法

权利要求书

1.一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法，其特征在于，所述方法包括：

通过阻抗滤波器同时生成关节角度修正量和关节角速度修正量；

基于所述关节角度修正量和关节角速度修正量，将所述关节角度的指令和所述关节角速度的指令输出至关节PD控制器；

在所述输出之后，通过机身姿态角误差计算得出支撑腿长度的调整量；

基于所述支撑腿长度的调整量，通过所述阻抗滤波器生成腿长修正指令，并将所述腿长修正指令输出至关节PD控制器；

通过所述关节PD控制器，主动柔顺控制在复杂地形下的足式机器人；

所述通过阻抗滤波器同时生成关节角度修正量和关节角速度修正量包括：

外环控制器将足式机器人足端的接触力误差映射到关节空间内；

通过阻抗滤波器和积分器生成关节角度修正量和关节角速度修正量；

根据所述关节角度修正量和所述关节角速度修正量，修正步态规划器所给出的关节角度和关节角速度的参考值；所述基于所述关节角度修正量和关节角速度修正量，将所述关节角度的指令和所述关节角速度的指令输出至关节PD控制器包括：

基于所述关节角度修正量和关节角速度修正量，将所述关节角度的指令和所述关节角速度的指令输出至关节PD控制器，即内环位置控制器；

所述内环位置控制器通过反馈调整阻断位置，控制足端接触力；

所述在所述输出之后，通过机身姿态角误差计算得出支撑腿长度的调整量包括：

在所述输出之后，通过机身姿态角误差计算得出支撑腿长度的调整量；

基于所述支撑腿长度的调整量，使得机身实际姿态与期望姿态重合；

通过调整左右腿长度差来改变机身滚转角，以及通过调整前后腿长度差来改变机身俯仰角；

所述支撑腿长度的调整量的具体计算公式如下：

其中，P_lx为左支撑腿足端x轴坐标，P_rx为右支撑腿足端x轴坐标，P_fy为前支撑腿足端z轴坐标，P_by为后支撑腿足端z轴坐标，z_ep和z_er分别为对应调整俯仰角和滚转角的腿长修正量，和α₀为滚转角和俯仰角阈值。

2.根据权利要求1所述的一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法，其特征在于，所述足式机器人足端的接触力误差映射到关节空间内，具体的计算公式如下：

T_err＝J^T(q_ref)F_ref-J^T(q)F；

其中，T_err为力矩误差向量，F_ref为参考足地接触力向量，F为实际的足地接触力向量，J^T为雅可比矩阵转置，q_ref为参考关节角向量，q为实际关节角向量。

3.根据权利要求1所述的一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法，其特征在于，所述阻抗滤波器的传递函数形式具体如下：

其中，

其中，G_c(s)为阻抗滤波器的传递函数，(k₀，b₀)，(k₁，b₁)，(k₂，b₂)分别为根关节，髋关节，膝关节的阻抗滤波器参数，Γ为自适应学习率，e_α和分别为俯仰角和滚转角误差，s为拉普拉斯变换，k_s为传递函数的增益积分，为传递函数的增益积分的一阶导数。

4.根据权利要求1所述的一种复杂地形下足式机器人的主动柔顺控制方法，其特征在于，所述机身姿态角误差中，姿态转换矩阵的具体计算公式如下：

其中，S₁＝sin(α)；C₁＝cos(α)；

S₃＝sin(ψ)；C₃＝cos(ψ)；

其中，为姿态转换矩阵，α为俯仰角，为滚转角，ψ为偏航角。