[发明专利]一种轮履腿机器人模糊自适应平衡控制算法

说明书

本发明实施例提供了一种轮履腿机器人模糊自适应平衡控制算法，实现了轮履腿机器人运动过程中的自适应平衡，包括：依据轮履腿机器人车体、外轮、摆臂各部分质心在车体中心坐标系下的坐标，获得机器人整体质心坐标；依据轮履腿机器人外轮、摆臂上的履带与地面之间的接触关系，建立轮履腿机器人投影稳定锥模型；依据轮履腿机器人投影稳定锥模型，获得表征轮履腿机器人俯仰方向及横滚方向下的稳定裕度；依据轮履腿机器人俯仰方向及横滚方向下的稳定裕度，结合轮履腿机器人当前姿态作为模糊输入，以各摆臂关节目标角度作为模糊输出，构建模糊控制器。根据本发明实施例提供的技术方案，可实现轮履腿机器人在具有倾翻危险情况下的快速自主平衡恢复。

【技术领域】

本发明涉及一种轮履腿机器人模糊自适应平衡控制算法，属于机器人自动化控制领域。

【背景技术】

随着机器人技术的不断进步，人类探索未知环境的活动越发频繁，大量专业机器人在遮蔽空间、水下、太空等环境下的探索活动中，降低人类直接受到生命安全威胁的危险。未知环境通常具有高度非结构化的特点，对于传统轮式、履式、足式机器人来说，其单一模式难以满足日渐复杂的任务需求，因此复合式机器人是目前机器人领域的研究热点，其中轮履腿机器人综合传统轮式、履式、足式机器人的优势成为主要研究对象。

轮履腿机器人自平衡是轮履腿机器人在复杂路面场景下运行时，动态调整机器人自身腿部结构来达到稳定状态。现有的关于机器人自平衡的研究中，大多针对独轮式、双轮式、足式机器人，难以应用于复合式机器人；而少量关于复合式机器人的自平衡方法难以通用，因此开展轮履腿机器人的自适应平衡控制具有重要的理论研究价值。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种轮履腿机器人模糊自适应平衡控制算法，以实现轮履腿机器人在复杂路面场景下运行的自主平衡。

本发明实施例提供了一种轮履腿机器人模糊自适应平衡控制算法，包括：

依据轮履腿机器人三维模型，结合轮履腿机器人车体、外轮、摆臂之间的连接方位关系，建立车体中心坐标系和外轮、摆臂与车体间连接处坐标系；

依据车体中心坐标系和连接处坐标系，获得外轮、摆臂与车体间连接处坐标系在车体中心坐标系下的齐次变换矩阵；

依据轮履腿机器人车体、外轮、摆臂各部分质心在车体中心坐标系下的坐标，获得轮履腿机器人整体质心坐标；

依据轮履腿机器人外轮、摆臂上的履带与地面之间的接触关系，结合轮履腿机器人整体质心分布，建立轮履腿机器人投影稳定锥模型；

依据轮履腿机器人投影稳定锥模型，构建稳定性评价指标，获得表征轮履腿机器人俯仰方向及横滚方向下的稳定裕度；

依据表征轮履腿机器人俯仰方向及横滚方向下的稳定裕度，结合轮履腿机器人当前姿态作为模糊输入，以各摆臂关节目标角度作为模糊输出，构建模糊输入与模糊输出之间的模糊规则，构建模糊控制器。

上述方法中，所述依据轮履腿机器人车体、外轮、摆臂各部分质心在车体中心坐标系下的坐标，获得机器人整体质心坐标，包括：

车体中心坐标系{C₀}及外轮、摆臂与车体间连接处坐标系{C_i}(i＝1,2,...,n_con)建立规则为：

车体中心坐标系{C₀}，坐标系原点固定于车体几何中心处；z轴垂直于车体平面方向向上；x轴与车体主传动轴相垂直，且方向选取第三象限方向为正方向；y轴按右手定则确定，y＝z×x；

外轮、摆臂与车体间连接处坐标系{C_i}(i＝1,2,...,n_con)，坐标系固定于连接处几何中心处；z轴垂直于车体平面方向向上；x轴与连接处传动轴方向相垂直，且方向选取第三象限方向为正方向；y轴按右手定则确定，y＝z×x；