[发明专利]一种四足机器人动态适应负载的控制方法

说明书

本发明属于机器人运动控制技术领域，具体涉及一种四足机器人动态适应负载的控制方法。该方法包括：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；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；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。本发明通过建立机器人负载自适应稳定控制器实现对外界负载的抗扰动，从而提升机器人在复杂路面下的通过性能。

技术领域

本发明属于机器人运动控制技术领域，具体涉及一种四足机器人动态适应负载的控制方法。

背景技术

四足机器人相比于传统的轮式、履带式车辆，可通过选择离散的摆动腿落足点，因此可适应高原、山地等复杂的地形，目前，四足机器人主要针对已知负载做一些算法上的控制，当机器人需要搭载外界未知负载时：1)重新采用第三方测量工具进行标定；2)依靠自身的控制器鲁棒性进行负载适应。前者可标定出机器人的负载参数，进而输入至动态适应控制器中，但是效率较低；后者针对大的负载，且负载分配不均时，超出机器人的调整范围，机器人将变得不稳定，甚至发生倾覆的危险。部分高校及研究机构虽开展了机器人负载参数自适应整定方面的研究，一方面未考虑机器人腿足连杆质量的影响，另一方面针对如何进一步适应负载的控制研究较为欠缺。

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：如何提供一种四足机器人动态适应负载的控制方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种四足机器人动态适应负载的控制方法，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。

其中，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。

其中，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。

其中，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。

其中，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，