1.一种四足机器人在变刚度地形稳定过渡的腿部主动调节方法,其特征在于,包括如下方法:
s1:在四足机器人以对角步态着地时,对机器人在角步态下的机身姿态进行分析并计算机身偏移角度,根据机器人机身偏移角度调整机器人对角腿的等效长度,使得机身平衡;
s2:在机器人腾空状态下,通过规划腾空阶段机器人的落足点位置来控制腿部的摆动角度实现对前向速度控制;
s3:在机器人腾空着地时,将机器人对角腿的等效刚度补偿到腿部的主动变刚度计算中以调节等效腿长,从而实现对机体俯仰姿态的纠正;
s4:对四足机器人着地相姿态反馈控制,实时得出机器人的机身变化,再根据机器人着地机身的变化实时调整机器人虚拟弹簧刚度变化,以获取更好平衡效果;
s5:在机器人下一个跳跃周期开始通过增加机器人腿部电机功率为机器人的跳跃提供额外的能量补偿。
2.根据权利要求1所述的四足机器人在变刚度地形稳定过渡的腿部主动调节方法,其特征在于,在步骤s1中,机器人机体上的角速度陀螺仪接收机身出现偏转的信号,角速度陀螺仪根据接收到的偏转信号改变自身的偏转角速度,陀螺仪发生偏转的角速度wc与机器人机身偏转角度存在以下关系:
对角速度wc求积分得出机体偏移角度θbody,主控设备根据接收到的机体偏移角度θbody和角速度wc确定机器人腿部电机所需要的脉冲信号,通过脉冲信号数量,控制机器人腿部电机转角大小,从而改变对角腿的等效长度,使得机身平衡。
3.根据权利要求1所述的四足机器人在变刚度地形稳定过渡的腿部主动调节方法,其特征在于,在步骤s2中,通过对腾空相落足点位置的规划实现前向速度控制,其具体通过以下公式进行控制:
式中,xf,d为虚拟弹簧腿期望的前向落足点位置,
在四条腿的运动中引入状态机判断腾空位置并基于位置控制,通过多项式规划腿部的摆动角度,再利用逆运动学解算得到相应的各个期望关节角度,通过与实时的关节角比较,将差值经过pd控制器转化为对应的关节力矩用来驱动机器人关节转动以使得其中一对对角腿按合适的触地角着地,使机器人获得合适的净向前加速度,机身加速或者减速,达到期望的水平速度值。
4.根据权利要求3所述的四足机器人在变刚度地形稳定过渡的腿部主动调节方法,其特征在于,在步骤s2中,具体采用以下格式利用逆运动学解算得到相应的各个期望关节角度:
式中,l0虚拟腿长,l1为大腿的长度,l2为小腿的长度,θ1为侧摆髋关节角,θ2为前摆髋关节角度,θ3为膝关节角度,xf,d为虚拟弹簧腿期望的前向落足点位置,xs为腿部末端侧边移动的垂直距离;
根据上述公式计算得到在期望落足点处的各关节角度,再将实时角度与计算得到的角度进行比较从而调整各关节处电机的转动角度。
5.根据权利要求1所述的四足机器人在变刚度地形稳定过渡的腿部主动调节方法,其特征在于,在步骤s3中,建立机器人腿部主动变刚度调节公式从而实现机器人腿部虚拟弹簧刚度的调节控制,公式具体为:
maz+mg=(k1+δk)x4cos(θ4(t))+k1x1cos(θ1(t))
式中,δk等效刚度变化量,k1为一对对角腿中的其中一只腿与软性地面接触时的耦合刚度,x1为一对对角腿中的其中一只腿与地面的等效压缩量,x4为一对对角腿中的另一只腿与地面的等效压缩量,az是机身垂直方向的加速度,g是重力加速度,俯仰角加速度ay是俯仰角θpitch对时间的二次微分,θ1(t)为一对对角腿中的其中一只腿的等效摆角,θ4(t)为一对对角腿中的另一只腿的等效摆角,m、j分别是机身质量和转动惯量大小,l为机身长度;
由上述两个公式联立求解可得到虚拟等效刚度变化量δk:
将δk加入到需要补偿的腿的刚度计算中,通过主控制器程序实现对腿部刚度值的调节,进而转化为膝关节力矩τ3以调整等效腿长,从而实现对机体俯仰姿态的纠正。
6.根据权利要求1所述的四足机器人在变刚度地形稳定过渡的腿部主动调节方法,其特征在于,在步骤s4中,对于四组机器人运动过程中产生的姿态偏移,通过以下公式调整机器人虚拟弹簧刚度变化:
式中τpitch为机身俯仰角的调节力矩,τroll为机身滚转角的调节力矩,kp_pitch为机身俯仰角的位置反馈增益,kp_roll机身滚转角的位置反馈增益,kv_pitch机身俯仰角的速度反馈增益,kv_roll机身滚转角的速度反馈增益,θpitch为机身俯仰角,θroll为机身滚转角,
公式中θpitch、θroll、