[发明专利]一种具有环境适应性的足式机器人稳定性控制方法及系统

摘要

一种具有环境适应性的足式机器人稳定性控制方法及系统，该控制方法通过利用上一触地过程相关参数信息与期望达到的控制目标进行比较，对飞行相水平运动速度和系统总能量实行反馈控制，预测控制触地角度并进行系统能量补偿控制，最终实现足式机器人SLIP等效模型在不同地面环境下的期望稳定周期运动。系统包括系统状态检测模块和稳定控制模块。本发明不需要建立具体的机器人动力学模型，不需要计算精确的不动点触地角度，通过反馈控制实现控制收敛，控制方法简单，计算迅速，很好的解决了现有方法控制实时性不足、适应性不够等问题。且具有较好的未知环境适应性，为足式机器人稳定性控制提供了一种较好的解决方案。

主权项

1.一种具有环境适应性的足式机器人稳定性控制方法，该方法包括下述步骤：第1步系统参数初始化，包括系统基本信息、转角PID控制的比例增益系数k_P、积分时间常数k_I和微分时间常数k_D；令n=1；令第一次触地相补偿的能量为零；初始化控制目标，并计算得到稳定周期运动期望系统总能量E_d；所述系统基本信息包括质量m、等效弹簧刚度k、等效阻尼c和初始等效腿长r₀；所述控制目标包括稳定周期运动期望水平速度和期望最高点竖直高度第2步检测第一次触地前的初始水平速度第3步在第n次触地之前计算得到第n次触地角θ_TD；第4步实时检测系统状态，得到当前时刻SLIP模型的状态信息，包括质心A的水平速度竖直方向速度腿的摆角θ、腿长度r、竖直方向脚力F_c和当前系统时间t；第5步判断SLIP模型是否触地，触地时刻判定条件为足端脚力F_C发生由等于零到大于零的突变，且系统竖直速度如果触地执行第7步，如果没有触地执行第6步；第6步通过PID控制，在第n次触地之前将SLIP模型控制到预定的触地角，即使腿的摆角等于θ_TD；第7步读取触地时刻系统相关状态参数，包括触地时刻的水平速度竖直速度等效腿长r_TD，以及实际触地角度θ_TD，并计算触地时刻系统总能量E_n，即为第n次触地之前系统总能量；第8步判断SLIP模型是否压缩至底部；如果压缩至底部执行第9步，否则执行第4步；第9步进行系统能量补偿，使系统达到期望系统总能量E_d：第10步判断SLIP模型是否离地，如果离地执行第11步，否则执行第9步；第11步读取离地时刻系统相关状态参数，包括离地时刻的水平速度竖直速度等效腿长r_LO，以及实际触地角度θ_LO，并计算离地时刻系统总能量E_n+1，即为第n次触地之后系统总能量；第12步计算第n次触地过程中系统损失的能量其计算公式为：ΔEn-=En+ΔEn+-En+1]]>其中，为第n次触地过程中应该补偿的能量，的初始值为0；第13步计算第n+1次触地过程中应该补偿的能量ΔEn+1+=Ed+ΔEn--En+1;]]>第14步判断SLIP系统是否运动到达目的地，如果没有到达目的地则进行第3步，否则结束。