专利名称：一种轮腿式机器人的驱动牵引特性控制方法
技术领域：
本发明涉及自动化领域，特别涉及一种轮腿式机器人的驱动牵引特性控制方法。
技术背景
轮腿式机器人被广泛应用于侦察、探测、星球表面探索、救灾、消防、等方面，已成 为机器人中的一种重要类型。由于其具有较高机动性、一定的越障能力和环境适应能力，更 由于其姿态可控性可以满足稳定的视觉系统、操作臂准确作业等的作业需求，使其得到广 泛的应用，特别是面临着复杂、未知、多变的非结构环境，要求机器人具有良好的机动性、环 境适应性和运动灵活性。
对于机器人的智能性和环境适应性需要更多地依赖其对环境信息的获取和智能 决策能力，更强调机器人自身的感知、思维、决策和复杂行动的能力。但是由于人工智能和 其他智能技术的发展尚落后于人们对它的期望，目前要在复杂环境下完成机器人的全自主 运动还难以实现。尽管运用GPS、电子罗盘等可使机器人定位，但是地面环境的凹凸不平、沟 壑、石块、沙地、沼泽等自然环境的复杂性使得对地面环境进行建模和处理异常困难，同时 基于计算机视觉技术的复杂环境处理问题至今没有得到圆满的解决。而在短期内，完全依 靠如智能系统、计算机视觉、环境建模、传感检测等手段实现机器人的全自主化，无论在理 论上还是技术上都还不能很好的实现。
对机器人来说，其运动能力是最基本、最重要的首要前提。以机器人能够具有较高 的运动能力和机动性为目标，通过对轮腿式机器人基本运动控制问题中的驱动牵引特性进 行研究，通过有效的控制提高机器人的驱动牵引特性，使得自主机器人的总体性能可以通 过最大程度的提高机构的运动特性能力来实现。但是目前还没有一种驱动牵引特性控制方 法，能够有效地实现机器人的运动控制，从而使机器人在运动过程中尽量减小滑行，提高运 动能力，减少能耗，有效完成作业任务。发明内容
本发明的目的是针对轮腿式机器人的驱动牵引特性控制方法，该方法提供一种可 量化表示的驱动牵引特性函数，利用该驱动牵引特性函数能够有效地实现机器人的运动控 制，从而使机器人在运动过程中尽量减小滑行，提高运动能力，减少能耗，有效完成作业任务。
该轮腿式机器人的驱动牵引特性控制方法，包括
首先定义轮腿式机器人坐标系R = (G，X，Y，Z)和轮地接触点的局部坐标系Ri = (Pi, Ui, Vi, Wi) ；G为机器人重心，X、Y轴的方向分别与机器人车体的长度和宽度方向一致，Z 轴垂直向上A是轮腿i的车轮与地面的接触点；i取1到η之间的整数，η为轮腿式机器 人的轮腿数量A是垂直与接触平面切线方向的法向方向杣是第i个轮腿的车轮的切线 方向A = WiXUi, Wi, Ui和Vi满足右手法则；接触点Pi的接触力向量为fi;沿局部坐标系 Ri的三个坐标轴方向对接触力向量A进行分解得到fi = (fui，fvi，fwi)；
定义滑行率公式
权利要求
1.一种轮腿式机器人的驱动牵引特性控制方法，其特征在于，该方法包括首先定义轮腿式机器人坐标系R = (G，X，Y，Z)和轮地接触点的局部坐标系氏=(Pi, Ui5VijWi) ；G为机器人重心，X、Y轴的方向分别与机器人车体的长度和宽度方向一致，Z轴垂 直向上A是轮腿i的车轮与地面的接触点；i取1到η之间的整数，η为轮腿式机器人的 轮腿数量A是垂直与接触平面切线方向的法向方向恥是第i个轮腿的车轮的切线方向； Vi = WiXUpWpUi和Vi满足右手法则；接触点Pi的接触力向量为fi;沿局部坐标系氏的三 个坐标轴方向对接触力向量&进行分解得到& = (fui，
2.如权利要求1所述的轮腿式机器人的驱动牵引特性控制方法，其特征在于，所述通 过调节被控轮腿的关节角使得Pimax处的滑行率取最小包括获取Pimax处轮腿关节的关节角测量值；针对Pimax处计算滑行率取最小值时的关节角取 值，记为关节角目标值，根据关节角目标值和关节角测量值对Pimax处的轮腿关节进行控制；所述关节角测量值的获取方式为通过集成在摆臂关节的电机编码器直接测量得到关 节角测量值；或者为利用感知系统感知车体姿态，包括横滚角、俯仰角和偏转角，然后根 据感知的车体姿态，通过运动学逆解求出关节角，作为关节角测量值。
全文摘要
本发明公开了一种轮腿式机器人的驱动牵引特性控制方法，属于自动化领域。该方法包括对于轮腿式机器人，其每一个轮子与地面接触产生接触点处的接触力向量，通过力向量的分解得到切向量、沿轮轴方向的分量以及法向量三个分量。以切向力与法向力之比来表示滑行率，并用来评价该接触点的牵引驱动特性，通过控制角变量使所有接触点处滑行率中的最大值取得极小，从而实现了整个轮腿式机器人驱动牵引特性的控制。本发明构建了轮腿式机器人的运动特性函数，能够有效地实现机器人的运动控制，从而使机器人在运动过程中尽量减小滑行，提高运动能力，减少能耗，有效完成作业任务。
文档编号G05D1/00GK102033545SQ201010503338
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者段星光, 王兴涛, 赵洪华, 陈悦, 黄强 申请人:北京理工大学