[发明专利]一种六足机器人稳定运动控制方法

说明书

一种基于曲线拟合建模和多重约束落足点评估的机器人稳定运动控制方法，包括以下步骤：步骤一：基于曲线拟合算法对摆动腿足端所处局部环境进行建模；步骤二：根据所拟合出的局部环境，结合摆动腿足端工作空间，拟合出摆动腿足端可达区域；步骤三：根据步骤二中所拟合出的摆动腿足端可达区域，结合多重约束落足点评估算法，对摆动腿足端可达区域内的可规划落足点进行评估分析；步骤四：根据步骤一至步骤三，结合多重姿态转换算法，解析机器人关节输出位置，并对关节转角进行多项式插补运算，完成机器人在非结构环境下的稳定运动控制。本发明提出一种地形适应能力强、高效的稳定运动控制方法。

技术领域

本发明涉及多足机器人非结构环境下局部环境建模、理想落足点评估及稳定运动控制领域，具体涉及基于曲线拟合建模和多重约束落足点评估的机器人稳定运动控制方法。

背景技术

多足机器人具有丰富的驱动冗余和离散的步态点，能够实现复杂的运动方式，具有较强的地形适应能力。据统计，地球上有90％以上的地表属于崎岖表面，要使多足机器人在户外环境下进行作业，就必须对其在非结构环境下的运动进行规划，实现运动的稳定性和高效性。

在非结构环境下，多足机器人的稳定运动包括三个过程：(1)机器人机身重心移到工作空间内指定的点；(2)拟合摆动腿足端所处环境，摆动腿抬起落到理想落足点；(3)摆动相和支撑相互换，新的摆动相落到理想落足点。其中，拟合摆动腿足端所处环境和足端理想落足点分析是多足机器人能否在非结构环境下稳定运动的关键。

现有的局部环境建模算法，主要的思想是取局部环境中的一些特征点，然后利用这些特征点来模拟局部环境。这种算法的优点是环境拟合的准确度较高，缺点是要准确地拟合环境需要提取大量的特征点，而且，提取特征点的算法又具有许多种类，其中，不少算法的算法复杂度较高，因此，整个局部环境模拟算法不管是算法本身的复杂度还是时间复杂度都较高，不利于多足机器人在非结构环境下的运动规划。因此，目前迫切需要提出一种高效、精确的局部环境拟合算法，并将其应用于非结构环境下多足机器人稳定运动控制中。

现有的摆动腿足端理想落足点评估算法，主要的思想是建立落足点评估约束函数，对局部环境中的落足点候选点进行评估，如哈工大的陈杰等通过分析局部地形信息获得地面几何参数，并由此建立约束函数，然后代入一组落足候选点的位置坐标进行代数分析，最终使得效用函数取得最大值的那组点为最佳落足点。这种方法的优点是运算量较小，缺点是建立效用函数的过程中并没有引入任何与机器人状态相关的参数，因此得到的一组落足点可能并不一定是最佳落足点。西班牙学者J.Estremera在分析地形参数的基础上，加入了机器人的步态稳定裕量，并由此建立了效用函数。这种方法的缺点是没有考虑到相邻腿坐标对摆动腿的影响，可能当摆动腿达到理想落足点时，出现机身“死锁”的情况。因此，目前迫切需要提出一种基于多种评估条件的落足点评估算法，包括对落足点所处局部环境几何结构的分析以及机器人本身位姿状态的分析。

发明内容

鉴于现有局部环境拟合算法和理想落足点评估方法的效率低及评估过程中容易出现“坏点”的情况，本发明提出一种曲线拟合局部环境建模算法和多重约束落足点评估算法，并将两个算法发应用于多足机器人非结构环境下的稳定运动控制，最终提出一种地形适应能力强、高效的稳定运动控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于曲线拟合建模和多重约束落足点评估的机器人稳定运动控制方法，包括以下步骤：

步骤一：基于曲线拟合算法对摆动腿足端所处局部环境进行建模，包括传感器位置分布，局部环境网格化，网格化局部环境点插补及二次曲线拟合；

步骤二：根据步骤一中所拟合出的局部环境，结合摆动腿足端工作空间，拟合出摆动腿足端可达区域；

步骤三：根据步骤二中所拟合出的摆动腿足端可达区域，结合多重约束落足点评估算法，对摆动腿足端可达区域内的可规划落足点进行评估分析；