[发明专利]一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统，该方法包括：根据四足机器人形态构建单刚体模型并获取模型参数；根据模型参数构建单刚体动力学模型；利用测力台和运动捕捉系统获取四足机器人的最大起跳高度、跳跃前进距离与地面反力之间对应关系，记为第一数据；获取需要跨越障碍的高度和宽度，记为第二数据；根据第一数据得到第二数据对应的四条腿的地面反力；获取单刚体模型的第i足端位置到质心位置的向量；将第i足端位置到质心位置的向量和第二数据对应的四条腿的地面反力输入单刚体动力学模型得到控制参数；根据控制参数控制所述四足机器人跳跃。本发明能够实现仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，特别是涉及一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统。

背景技术

目前现有的机器人可以实现简单的步行、小跑、匍匐、转弯等动作，在草地、坡地等表面连续但不光滑的地形有较好的适应能力。然而现实世界中除了上述规整的路面之外，还存在大量不规则、不连续的障碍，如台阶或地面上的狭小排水管道裂缝，如果使用传统的walk步态或小跑步态，存在着难以攀爬台阶或足端陷入裂缝中无法继续运动的问题。四足机器人相对轮式、履带式机器人来说在跨越障碍上有着本质的优势，这是由于其运动方式不同导致的。轮式机器人对于有一定高度和宽度的障碍物难以实现跨越。

跳跃动作是四足动物常见的一种运动方式，按照腿部发力顺序可分为四足同时起跳方式和前双足仰起身体后双足蹬地起跳的方式。目前现有的四足机器人跳跃动作均为闭环控制，需要借助IMU等速度、角速度测量单元通过负反馈对跳跃动作进行控制，这样的技术方案一方面由于加装的硬件过多导致机器人整体尺寸较大，无法进一步做到微小型；另一方面，负反馈的计算量较大，机器人在空中运动时有结果不能及时输出导致跳跃落地动作失控的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法及系统，能够实现仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种仿鼠四足机器人跳跃动作的开环控制方法，包括：

根据四足机器人形态构建单刚体模型；

获取所述单刚体模型的模型参数；

根据所述模型参数构建单刚体动力学模型；

利用测力台和运动捕捉系统获取四足机器人的最大起跳高度、跳跃前进距离与地面反力之间对应关系，记为第一数据，所述地面反力为四条腿对应的地面反力；

获取需要跨越障碍的高度和宽度，记为第二数据；

根据所述第一数据得到第二数据对应的四条腿的地面反力；

获取所述单刚体模型的第i足端位置到质心位置的向量；

将所述第i足端位置到质心位置的向量和第二数据对应的四条腿的地面反力输入所述单刚体动力学模型，得到控制参数；

根据所述控制参数控制所述四足机器人跳跃。

可选的，所述“根据四足机器人形态构建单刚体模型”步骤之后，“获取所述单刚体模型的模型参数”步骤之前，还包括：基于所述单刚体模型构建身体坐标系。

可选的，所述获取单刚体模型的模型参数，具体包括质心速度、质心加速度、刚体姿态的导数和身体旋转的角加速度。

可选的，所述单刚体动力学模型具体为：