[发明专利]一种四足机器人动态适应负载的控制方法

权利要求书

1.一种四足机器人动态适应负载的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：针对机器人的负载参数进行估计，所述机器人的负载参数包括机器人的机身质量及机身质心位置；

步骤2：基于估计获取的机器人的负载参数，建立机器人的虚拟伺服力与力矩；

步骤3：将虚拟伺服力与力矩优化分配至各支撑腿，并通过关节映射实现负载的动态适应。

2.如权利要求1所述的四足机器人动态适应负载的控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤11：在机器人的机身原点处建立动力学方程；

步骤12：在机器人站立平衡条件下，建立力平衡方程，估计机器人的机身质量；

步骤13：在机器人站立平衡条件下，建立力矩平衡方程，采用最小二乘法估计机器人的机身质心位置。

3.如权利要求2所述的四足机器人动态适应负载的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，包括：

步骤21：根据估计的负载参数建立机器人高度方向的虚拟伺服力；

步骤22：根据估计的机身质心位置建立机器人转动方向的虚拟伺服力矩。

4.如权利要求3所述的四足机器人动态适应负载的控制方法，其特征在于，所述步骤3中，将虚拟伺服力与力矩优化分配至各支撑腿，并通过关节映射实现负载的动态适应；具体包括：

步骤31：建立虚拟伺服力/力矩与足端力之间的映射关系；

步骤32：建立虚拟伺服力/力矩力分配的目标优化函数，求解满足约束的一组最优解；

步骤33：建立底层柔顺伺服控制器。

5.如权利要求4所述的四足机器人动态适应负载的控制方法，其特征在于，所述步骤11中，以机器人为研究对象，在机身原点处建立动力学方程，具体如下：

其中，

式中，F_i为第i条腿的地面作用力矢量，G_i,j为第i条腿第j个关节连杆的重力矢量，m_i,j为第i条腿第j个关节连杆的质量，I_i,j为第i条腿第j个关节连杆的转动惯量，为第i条腿第j个关节连杆质心的平动加速度，为第i条腿第j个关节的角加速度，G_t为含负载的机身重力矢量，m_t为含负载的机身质量，I_t为含负载的机身转动惯量，为机身姿态角加速度，为含负载的机身平动加速度，F_G为作用在机身原点的合力矢量，M_G为作用在机身原点的合力矩矢量，r_i为足相对机身原点的位置矢量，r_{b_com}为机身质心相对机身原点的位置矢量，r_{i,j_com}为腿足各关节连杆质心相对机身原点的位置矢量。

6.如权利要求5所述的四足机器人动态适应负载的控制方法，其特征在于，所述步骤12中，在机器人站立平衡条件下，合力为零，即F_G＝0，估计负载质量以及含负载的机身质量，得到：

m_L＝G_{t_z}/g-m_b

G_{t_z}/g＝m_L+m_b

式中，G_{t_z}为G_t的z元素，g＝-9.812为重力加速度，m_b为不含负载的机身质量，m_L为机身质量，G_{t_z}/g为含负载的机身质量。