[发明专利]一种电驱动哺乳构型足式机器人足地滑移估计方法

说明书

本发明涉及一种电驱动哺乳构型足式机器人足地滑移估计方法，属于足式机器人技术领域。通过对一种电驱动哺乳构型足式机器人足地滑移估计方法的研究，使得本发明所提哺乳构型足式机器人在牵引力方向移动过程中具有滑移状态实时检测功能，并可以通过检测到的足地滑移情况实现足地滑移抑制功能，并提高足式机器人控制的运动稳定性。

技术领域

本发明属于足式机器人技术领域，具体涉及一种电驱动哺乳构型足式机器人足地滑移估计方法。

背景技术

电驱动足式机器人足地滑移估计是足式系统稳定控制的重要关键技术，承担着外部环境扰动转化为具体的运动控制的重要任务。以保证足式平台运动稳定性、灵活性、鲁棒性以及操作便易性为追求目标，哺乳构型足式机器人足地滑移估计方法需要重点关注足式系统行走功能及稳定性控制性能。

目前，我国足式机器人起步较晚，足式机器人普遍存在自主稳定性不高，地形适应性差，外部滑移扰动未知，对工作地形环境的依赖性强等缺点。足式机器人在结构上属于串并联混合结构，在控制方面属于多输入多输出的冗余耦合系统，足式机器人由于自由度繁多从而增加了控制系统的复杂性，在运动过程中缺乏对实时足地滑移估计的能力，目前足式机器人研究主要面向野外崎岖地面，大多注重于步行功能的实现，对足式机器人滑移问题关注较少。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决机器人普遍存在自主稳定性不高，地形适应性差，外部滑移扰动未知，对工作环境的依赖性强，自由度繁多等缺点从而增加了控制系统的复杂性以及运动过程中缺乏对实时足地滑移估计能力的问题，从而提出一种电驱动哺乳构型足式机器人足地滑移估计方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电驱动哺乳构型足式机器人足地滑移估计方法，包括以下步骤：

步骤一、设计哺乳构型足式机器人本体传感数据解算方法，得到的机器人在导航坐标系中的加速度；

步骤二、将步骤一验证得到的机器人在导航坐标系中的加速度，作为基于扩展卡尔曼滤波的哺乳构型足式机器人状态估计框架的输入变量，从而建立基于扩展卡尔曼滤波的哺乳构型足式机器人状态估计框架，得到哺乳构型足式机器人位置、速度估计变量；

步骤三、将步骤二得到的哺乳构型足式机器人位置、速度估计变量，用于作为单腿动力学方程的输入变量，建立哺乳构型足式机器人足地滑移估计模型，得到哺乳构型足式机器人足地滑移加速度模型；

步骤四、利用步骤三得到的哺乳构型足式机器人足地滑移加速度模型，建立基于扩展卡尔曼滤波的哺乳构型足地滑移状态估计方法；

步骤五、基于步骤一至步骤四进行哺乳构型足式机器人的足地滑移检测。

优选地，步骤一中，对惯导等传感器的数据进行标定及补偿，通过标定加速度及角加速度信号来抑制哺乳构型牵引力运动方向速度和姿态解算的误差，最终输出准确的哺乳构型机器人牵引力方向本体速度及三维姿态信息，惯导传感实时数据具体解算结果为：

式中，为导航坐标系到机体坐标系的转换矩阵，f_B为空间中的真实加速度和重力导致的加速度之差的力矢量，g_n为重力矢量，为地球自转角度在导航坐标系中的投影，为机器人在导航坐标系中的速度，v_n为机器人在导航坐标系中的速度。

优选地，步骤二中，将步骤一验证得到的机器人在导航坐标系中的加速度作为基于扩展卡尔曼滤波的哺乳构型足式机器人状态估计框架的输入变量从而建立基于扩展卡尔曼滤波的哺乳构型足式机器人状态估计框架。

优选地，步骤二中，根据足式机器人单腿及质心状态变量，建立状态估计过程中的预测模型，其具体建模结果为：