專利名稱：四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其對(duì)于工程機(jī)械在復(fù)雜的工作地形下穩(wěn)定的完成預(yù)定目標(biāo)的移動(dòng)以及很好的適應(yīng)地形有一定的指導(dǎo)意義。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:其包括如下步驟(A)四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型建立；(B)基本步態(tài)設(shè)計(jì)；(C)全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。本發(fā)明方法以如下的四足機(jī)器人模型以及其相應(yīng)的坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一系列至少有三只腳作為支持腳的四足機(jī)器人行走的方法，包括直行的爬行步態(tài)，圍繞某一圓心可以旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)步態(tài)，并且分情況給出了爬行步態(tài)和旋轉(zhuǎn)步態(tài)之間相互切換的方法，這套行走的方法使得四足機(jī)器人可以根據(jù)目標(biāo)方向的變化而靈活、穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整方向，從而能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)交替切換步態(tài)在2維平面上的全方向移動(dòng)。這種方法對(duì)于工程機(jī)械在復(fù)雜的工作地形下穩(wěn)定的完成預(yù)定目標(biāo)的移動(dòng)以及很好的適應(yīng)地形有一定的指導(dǎo)意義。


圖1為本發(fā)明的四足機(jī)器人TITAN-VIII圖；圖2為本發(fā)明的以四足機(jī)器人為模型建立坐標(biāo)系；圖3腳可移動(dòng)范圍；圖4 爬行步態(tài)(crawl gait)和旋轉(zhuǎn)步態(tài)(rotation gait)；圖5旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)方式；圖6旋轉(zhuǎn)中心位置和步態(tài)選擇對(duì)應(yīng)圖；圖7旋轉(zhuǎn)步態(tài)的穩(wěn)定裕度邊界圖；圖8腳移動(dòng)范圍；圖9四足機(jī)器人腳基本位置傾斜角示意圖；圖10基本步態(tài)的CFP點(diǎn)設(shè)置；圖11爬行步態(tài)到爬行步態(tài)Casel ；圖12爬行步態(tài)到爬行步態(tài)Case2 ；圖13爬行步態(tài)到旋轉(zhuǎn)步態(tài)Casel ；圖14爬行步態(tài)到旋轉(zhuǎn)步態(tài)Case2 ；
圖15旋轉(zhuǎn)步態(tài)到旋轉(zhuǎn)步態(tài)的步態(tài)切換。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法包括如下步驟(A)四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型建立；(B)基本步態(tài)設(shè)計(jì)；(C)全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。1.四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型建立本部分介紹四足機(jī)器人坐標(biāo)系的建立、四足機(jī)器人姿態(tài)與腳終端位置的轉(zhuǎn)換和終端腳三維空間下的運(yùn)動(dòng)范圍，為四足機(jī)器人行走規(guī)劃提供機(jī)器人機(jī)構(gòu)方面的支持。1.1模型及坐標(biāo)系介紹在上述坐標(biāo)系圖2中，設(shè)定四足機(jī)器人的左前，左后，右后，右前腿為legl，leg2，Ieg3,1eg4,并設(shè)置機(jī)體坐標(biāo)系,坐標(biāo)系的原點(diǎn)為重心(COG), X軸為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的方向，Y軸為由機(jī)體右側(cè)指向左側(cè)的方向，Z軸為機(jī)體由底部豎直向上的方向。中機(jī)器人的姿態(tài)為初始姿態(tài)，各腳的位置為腳的基準(zhǔn)位置(C1 , C2, C3, C4),重心在水平面的投影點(diǎn)落在四腳構(gòu)成的長(zhǎng)方形的對(duì)角線的交點(diǎn)。1.2四足機(jī)器人姿態(tài)以及終端腳位置的相互轉(zhuǎn)換從圖2中可以看到四足機(jī)器人的每個(gè)可以運(yùn)動(dòng)的足和機(jī)器人本體之間的連接關(guān)系，整個(gè)機(jī)器足包括三個(gè)關(guān)節(jié)，第一個(gè)關(guān)節(jié)為本體和機(jī)器足的連接，能夠完成繞連接點(diǎn)的XY平面方向的圓周運(yùn)動(dòng)，第一個(gè)關(guān)節(jié)到第二個(gè)關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度為11，第二個(gè)關(guān)節(jié)能夠完成繞關(guān)節(jié)點(diǎn)的YZ平面方向的圓周運(yùn)動(dòng)，第二個(gè)關(guān)節(jié)到第三個(gè)關(guān)節(jié)之間的長(zhǎng)度為12，第三個(gè)關(guān)節(jié)能夠完成繞關(guān)節(jié)點(diǎn)的YZ平面方向的圓周運(yùn)動(dòng)，第三個(gè)關(guān)節(jié)到機(jī)器足腳尖之間的長(zhǎng)度為13，受整個(gè)機(jī)器足三個(gè)關(guān)節(jié)的帶動(dòng)，四足機(jī)器人的腳可以完成XYZ三維空間中一定范圍的運(yùn)動(dòng)。我們可以根據(jù)每個(gè)關(guān)節(jié)的角度Qi(三個(gè)關(guān)節(jié)，i = l，2，3)，bi為相應(yīng)關(guān)節(jié)的位置，Pi為第i個(gè)關(guān)節(jié)終端的位置，為第i個(gè)關(guān)節(jié)終端的速度，根據(jù)設(shè)定的機(jī)體坐標(biāo)系，得到各腳的關(guān)節(jié)角度和姿態(tài)的一階微分式如下:
權(quán)利要求
1.一種四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟 (A)四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型建立； (B)基本步態(tài)設(shè)計(jì)； (C)全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(A)中整個(gè)機(jī)器足包括三個(gè)關(guān)節(jié)，第一個(gè)關(guān)節(jié)為本體和機(jī)器足的連接，能夠完成繞連接點(diǎn)的XY平面方向的圓周運(yùn)動(dòng)，第一個(gè)關(guān)節(jié)到第二個(gè)關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度為11，第二個(gè)關(guān)節(jié)能夠完成繞關(guān)節(jié)點(diǎn)的YZ平面方向的圓周運(yùn)動(dòng)，第二個(gè)關(guān)節(jié)到第三個(gè)關(guān)節(jié)之間的長(zhǎng)度為12，第三個(gè)關(guān)節(jié)能夠完成繞關(guān)節(jié)點(diǎn)的YZ平面方向的圓周運(yùn)動(dòng)，第三個(gè)關(guān)節(jié)到機(jī)器足腳尖之間的長(zhǎng)度為13，受整個(gè)機(jī)器足三個(gè)關(guān)節(jié)的帶動(dòng)，四足機(jī)器人的腳可以完成XYZ三維空間中一定范圍的運(yùn)動(dòng): 根據(jù)每個(gè)關(guān)節(jié)的角度e y I3i為相應(yīng)關(guān)節(jié)的位置，Pi為第i個(gè)關(guān)節(jié)終端的位置，；,為第i個(gè)關(guān)節(jié)終端的速度，根據(jù)設(shè)定的機(jī)體坐標(biāo)系，得到各腳的關(guān)節(jié)角度和姿態(tài)的一階微分式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(B)中基本步態(tài)包括爬彳T步態(tài)和旋轉(zhuǎn)步態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，兩種基本步態(tài)的量化設(shè)計(jì)采用所有基本步態(tài)都規(guī)范化為繞一個(gè)圓心的運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(C)中包括步態(tài)切換，步態(tài)切換的過(guò)程中，根據(jù)新的步態(tài)的旋轉(zhuǎn)中心，先選擇相應(yīng)的步態(tài)，然后得到腳的位置，將腳的位置從現(xiàn)在的位置，移動(dòng)到新步態(tài)的位置，從而完成連續(xù)的步態(tài)切換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的四足機(jī)器人平面全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟(A)四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型建立；(B)基本步態(tài)設(shè)計(jì)；(C)全向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。本發(fā)明方法以如下的四足機(jī)器人模型以及其相應(yīng)的坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一系列至少有三只腳作為支持腳的四足機(jī)器人行走的方法，包括直行的爬行步態(tài)，圍繞某一圓心可以旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)步態(tài)，并且分情況給出了爬行步態(tài)和旋轉(zhuǎn)步態(tài)之間相互切換的方法，這套行走的方法使得四足機(jī)器人可以根據(jù)目標(biāo)方向的變化而靈活、穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整方向，從而能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)交替切換步態(tài)在2維平面上的全方向移動(dòng)。這種方法對(duì)于工程機(jī)械在復(fù)雜的工作地形下穩(wěn)定的完成預(yù)定目標(biāo)的移動(dòng)以及很好的適應(yīng)地形有一定的指導(dǎo)意義。
文檔編號(hào)G05D1/02GK103186139SQ201110455350
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者于忠清, 張佳, 張磊, 朱雪生, 孫青峰 申請(qǐng)人:青島海爾軟件有限公司