[发明专利]一种四足机器人多步态切换及控制方法及计算机可读介质

说明书

本发明提出了一种四足机器人多步态切换及控制方法及计算机可读介质。通过设定腾空相时间、着地相周期时间、相位差、定时器频率来计算单次步态周期时间，并将当前触底系统时间作为相位控制时间。四足机器人根据单次步态周期时间和相位差计算各腿单次步态周期起始时刻时间差，再根据该时间差计算不同步态的占空比。实时计算每条腿的控制变量，实现每条腿的腾空相足、关节的控制。本发明优点在于，通过设定每条腿的相位差实现四足机器人多种步态的切换和控制，并能够结合动力学模型，保证四足机器人的稳定性。

技术领域

本发明属于四足机器人控制领域，尤其涉及一种四足机器人多步态切换及控制方法及计算机可读介质。

背景技术

机器人学科是涉及到机械，控制，硬件，人工智能等多个技术的综合研究领域，而仿生机器人又是机器人研究的一个重要的分支，如何让机器人拥有自然界中动物的高性能运动能力是当前研究的关键问题之一。

四足机器人是以模仿自然界中四足动物运动而研制的机器人，在安防巡检，仓储物流，工程建设，智能陪伴，甚至国防等领域有着极大的应用前景，应用于这些场景的首要问题是让机器人实现自然界中四足动物的高速稳定灵活的行走，奔跑，跳跃等多种步态。如何在多种步态之间灵活切换，并维持四足机器人的稳定性是一个重要的研究问题。

四足机器人的控制器主要包括上层的运动规划和下层的路径跟随，而以电机作为执行单元的四足机器人的控制，是以环境状态和机器人自身位置速度和加速度的状态作为输入变量，通过模型预测控制或SLIP，ZMP等动力学模型计方法，最终都反映到对四足机器人足端的轨迹和力的大小和方向的控制。上层控制方法需要在协调各种步态的同时，对四足机器人的环境进行感知反馈，对下层控制器发出相应的适应环境的控制指令。

发明内容

本发明针对四足机器人的控制难点，提供一个四足机器人多步态控制以及步态的平滑切换的方法，并为各种四足机器人动力学平衡控制模型提供灵活接口。本发明包括四个不同的分层控制器，分别是多步态相位控制器，多步态足端轨迹生成控制器，姿态反馈控制器，底层动作执行器。

首先是多步态相位控制器，用于对慢走步态，对角步态，bound步态，gallop奔跑步态下时间相位进行控制，同时只需要进行对相位参数进行动态调节实现上述各个步态之间的稳定切换。所述控制器包括以下步骤：

步骤1：通过四足机器人设定腾空相时间、着地相周期时间、左前腿相位差、右前腿相位差、左后腿的相位差、右后腿的相位差、定时器频率，通过腾空相时间、着地相周期时间计算单次步态周期时间，通过四足机器人获取当前触底系统时间，将当前触底系统时间作为相位控制时间；

步骤2：四足机器人根据单次步态周期时间、左前腿相位差计算左前腿单次步态周期起始时刻时间差，根据单次步态周期时间、右前腿相位差计算右前腿单次步态周期起始时刻时间差，根据单次步态周期时间、左后腿相位差计算左后腿单次步态周期起始时刻时间差，根据单次步态周期时间、右后腿相位差计算右后腿单次步态周期起始时刻时间差；

步骤3：四足机器人根据左前腿单次步态周期起始时刻时间差计算左前腿不同步态的占空比，根据右前腿单次步态周期起始时刻时间差计算右前腿不同步态的占空比，根据右后腿单次步态周期起始时刻时间差计算右后腿不同步态的占空比，根据左后腿单次步态周期起始时刻时间差计算左后腿不同步态的占空比；

步骤4：实时计算当前腿的控制变量，实现当前腿的腾空相足、关节的控制；

作为优选，步骤1所述腾空相时间为T₁；

步骤1所述着地相周期时间为T₂；

步骤1所述左前腿相位差为S₁；

步骤1所述右前腿相位差为S₂；

步骤1所述左后腿的相位差为S₃；