專利名稱：四足機(jī)器人對角步態(tài)的自適應(yīng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，具體是一種四足機(jī)器人對角步態(tài)控制方法。
背景技術(shù)：
四足機(jī)器人因其機(jī)構(gòu)簡單靈活，承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，在搶險救災(zāi)、軍事等許多方面有很好的應(yīng)用前景，受到各國四足機(jī)器人研究人員的重視。四足機(jī)器人是一個多變量、 強(qiáng)耦合的動力學(xué)模型，其變步態(tài)下非結(jié)構(gòu)化地形的自適應(yīng)以及變步態(tài)的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)問題， 對控制理論的研究及實時控制系統(tǒng)的設(shè)計都具有很大的挑戰(zhàn)性。研究人員首先對靜態(tài)步行展開了研究，取得一定的成果。但是從提高步行速度來說，動態(tài)步行有一定的優(yōu)越性，然而動態(tài)步行的技術(shù)難度遠(yuǎn)大于靜態(tài)步行。本發(fā)明是針對四足機(jī)器人動態(tài)步行中的對角步態(tài)，即處于對角線上的兩條腿動作完全一致，均處于擺動相或均處于支撐相。該步態(tài)是研究機(jī)器人動態(tài)步行的基礎(chǔ)，同時也是最容易與靜態(tài)步態(tài)進(jìn)行切換的步態(tài)，因此我們對此種步態(tài)進(jìn)行研究。搜索相關(guān)文獻(xiàn)，以往對于對角步態(tài)的研究主要是兩個方面(1)對于對角步態(tài)的穩(wěn)定性研究，例如在“四足機(jī)器人對角小跑步態(tài)的研究”文中步態(tài)采用離線規(guī)劃方法預(yù)定義，根據(jù)計算機(jī)仿真及三維圖像仿真進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。然后由計算機(jī)協(xié)調(diào)控制JTUWM-III型四足機(jī)器人的關(guān)節(jié)，完成對角動態(tài)步行實驗。在”一種四足步行仿生機(jī)器人設(shè)計及步態(tài)研究”文中按照多足步行機(jī)器人行走穩(wěn)定性原則，設(shè)計出了慢走和對角小跑兩種步態(tài)的具體過程，實驗證明，所設(shè)計的步態(tài)具有良好的穩(wěn)定性。( 基于避障的路徑規(guī)劃。在申請?zhí)枮?201010273466的發(fā)明專利申請中，公開了一種基于卡爾曼的濾波器預(yù)測的機(jī)器人避障方法。該方法提出一種當(dāng)傳感器系統(tǒng)探測到有新障礙物出現(xiàn)，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)建立卡爾曼濾波器模型，利用觀測數(shù)據(jù)和經(jīng)典的線性動態(tài)系統(tǒng)期望最大化模型辨識算法對參數(shù)進(jìn)行辨識和修正，更新數(shù)字地圖，供路徑進(jìn)行新一輪的局部重規(guī)劃的方法。此方法屬于避障的路徑規(guī)劃策略。上述兩個研究方向并沒有考慮四足機(jī)器人以對角步態(tài)行走時，在復(fù)雜地形環(huán)境中的步態(tài)規(guī)劃問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的沒有考慮四足機(jī)器人以對角步態(tài)行走時，在復(fù)雜地形環(huán)境中步態(tài)規(guī)劃問題的不足，本發(fā)明提出了一種四足機(jī)器人對角步態(tài)的自適應(yīng)控制方法。本發(fā)明包括以下步驟步驟1 參數(shù)初始化。初始化四足機(jī)器人邁步長度執(zhí)行矩陣Ql和邁步高度執(zhí)行矩陣％。步驟2 通過傳感器采集外部環(huán)境信息。通過紅外傳感器和超聲波傳感器測得的四足機(jī)器人前足到障礙物前端的距離L和視覺傳感器測得的障礙物高度H。步驟3 通過模糊推理算法獲得每條邁步長度的激活約束條件對應(yīng)的隸屬度函數(shù) W和真值alk(t)。根據(jù)四組機(jī)器人本體的感知狀態(tài)，依照模糊推理得到相應(yīng)的激活約束條件，通過公式(1)和公式O)，分別計算隸屬度函數(shù)M和以及真值alk(t)
權(quán)利要求
1. 一種四足機(jī)器人對角步態(tài)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，具體步驟如下步驟1，參數(shù)初始化；初始化四足機(jī)器人邁步長度執(zhí)行矩陣Ql和邁步高度執(zhí)行矩陣Qh ；步驟2 通過傳感器采集外部環(huán)境信息；通過紅外傳感器和超聲波傳感器測得的四足機(jī)器人前足到障礙物前端的距離L ；通過視覺傳感器測得的障礙物高度H ；并將所采集到的四足機(jī)器人前足到障礙物前端的距離L和障礙物高度H發(fā)送給四足機(jī)器人的控制器；步驟3 四足機(jī)器人的控制器接收步驟2中獲得的距離信息，依照模糊推理得到相應(yīng)的激活約束條件，通過公式(1)和公式(2)，分別計算隸屬度函數(shù)W和以及真值alk(t)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四足機(jī)器人對角步態(tài)的自適應(yīng)控制方法，用于四足機(jī)器人以對角步態(tài)在非結(jié)構(gòu)化地形中行走的自適應(yīng)控制。本發(fā)明以模糊推理學(xué)習(xí)方法以及足軌跡實時修正法為基礎(chǔ)，以對角步態(tài)為運(yùn)動方式，綜合控制機(jī)器人本體適應(yīng)非結(jié)構(gòu)環(huán)境。將傳感器采集的環(huán)境信息通過模糊推理學(xué)習(xí)進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃，將步態(tài)規(guī)劃信息進(jìn)行穩(wěn)定性判定，如果規(guī)劃的四足機(jī)器人對角步態(tài)穩(wěn)定，則把關(guān)節(jié)角信息送入控制系統(tǒng)，否則通過足運(yùn)動軌跡實時修正方法對對角足的支撐時間進(jìn)行修正，使四足機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化地形下變步態(tài)行走時具有較好的穩(wěn)定性。本發(fā)明用于四足機(jī)器人以對角動態(tài)行走時足部軌跡規(guī)劃以及變步態(tài)行走穩(wěn)定性修正，可以實現(xiàn)四足機(jī)器人的自我感知、自我修正和自我調(diào)整。
文檔編號G05D3/10GK102156484SQ20111007279
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者于薇薇, 馮華山, 徐婭萍, 王潤孝, 王靖宇, 秦現(xiàn)生, 譚小群, 陳自立 申請人:西北工業(yè)大學(xué)