一种分段式五次多项式曲线越障步态规划方法与流程

本发明涉及机器人步态优化设计，具体为一种分段式五次多项式曲线越障步态规划方法。
背景技术：
：四足机器人的运动轨迹为离散的落足点，故对复杂地形的适应能力比较强。当其遇到障碍物时可以根据障碍物的大小对足端进行轨迹规划，使其跨过障碍物继续前行四足机器人越障步态规划主要是在保证四足机器人运动稳定的前提下，根据障碍物的大小规划各条腿摆动的顺序，以及给定落足点，规划出一条合理的足端运动轨迹。研究四足机器人越障步态规划对提高足式机器人运动能力以及地形的适应能力具有重大意义。对足式机器人足端轨迹规划方法有多种，如三次多项式曲线、五次多项式曲线、梯形曲线、s曲线等多种方法。采用分段式五次多项式曲线进行规划时，实验时跨越垂直高度为300mm，对于四足机器人来说，还是第一次实现垂直跨越300mm，因此还存在一些缺陷：1)受机械机构约束，足端轨迹规划起始点和落足点相对距离比较小，即越障时步长较小。2)目前没有装视觉系统，无法监测到距障碍物的距离，故目前越障的起始点是认为设定的。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供一种分段式五次多项式曲线越障步态规划方法。为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种分段式五次多项式曲线越障步态规划方法，包括如下步骤：步骤1：根据样机设定四足机器人结构参数；包括机架的长和宽、各个腿连杆长度；步骤2：设定四足机器人初始姿态以及运动参数；步骤3：由步骤1、步骤2确定足端点后，用运动学逆解求解出每条腿各个关节角度；步骤4：使四足机器人以walk步态运动到300mm薄板处，即达到越障步态的起始位置；步骤5：越障步态前的位置修正，即越障步态前准备姿态；包括前后退的位置修正、下蹲高度修正；步骤6：右前腿越障；给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤7：右侧摆；步骤8：左前腿越障；给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤9：左侧摆；步骤10：使四足机器人以walk步态向前行走至后腿到障碍物位置；步骤11：右后腿越障；给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤12：右侧摆；步骤13：左后腿越障：给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤14：左侧摆；步骤15：四足机器人完成越障，然后以walk步态继续向前行走。作为优选，所述步骤2中，初始姿态包括：四足机器人站立高度、在基坐标系下前后脚的位置。作为优选，所述步骤2中，运动参数包括：侧向摆动距离、单腿摆动相周期、步长、步高。作为优选，所述步骤6中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点，作为优选，所述步骤8中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点。作为优选，所述步骤11中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点。)作为优选，所述步骤13中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点。本发明有益效果：本发明的分段式五次多项式曲线越障步态规划方法，采用分段式五次多项式曲线越障步态规划方法在不受机械结构的约束下可跨越任意高度的障碍；采用分段式五次多项式曲线越障步态规划方法，引入运动加速度约束条件，规划出的轨迹更加平滑。附图说明附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。图1为本发明的分段式五次多项式曲线越障步态规划方法的控制方法框示图；图2为本发明的分段式五次多项式曲线越障步态规划方法的准备状态示意图；图3为本发明的分段式五次多项式曲线越障步态规划方法的第一段规划示意图；图4为本发明的分段式五次多项式曲线越障步态规划方法的第二段规划示意图；图5为本发明的分段式五次多项式曲线越障步态规划方法的第三段规划示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。一种分段式五次多项式曲线越障步态规划方法，包括如下步骤：步骤1：根据样机设定四足机器人结构参数；包括机架的长和宽、各个腿连杆长度；步骤2：设定四足机器人初始姿态以及运动参数；步骤3：由步骤1、步骤2确定足端点后，用运动学逆解求解出每条腿各个关节角度；步骤4：使四足机器人以walk步态运动到300mm薄板处，即达到越障步态的起始位置；步骤5：越障步态前的位置修正，即越障步态前准备姿态；包括前后退的位置修正、下蹲高度修正；步骤6：右前腿越障；给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤7：右侧摆；步骤8：左前腿越障；给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤9：左侧摆；步骤10：使四足机器人以walk步态向前行走至后腿到障碍物位置；步骤11：右后腿越障；给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤12：右侧摆；步骤13：左后腿越障：给定足端落脚点位置，从足端的初始点到落脚点分三段进行进行五次多项式曲线规划；步骤14：左侧摆；步骤15：四足机器人完成越障，然后以walk步态继续向前行走。所述步骤2中，初始姿态包括：四足机器人站立高度、在基坐标系下前后脚的位置。所述步骤2中，运动参数包括：侧向摆动距离、单腿摆动相周期、步长、步高。所述步骤6中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点，所述步骤8中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点。所述步骤11中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点。)所述步骤13中，五次多项式曲线规划具体为：首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起至障碍物高度；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点本次实验时设定四足机器人机械结构参数见表1。表1结构参数机械构件机体长机体宽髋关节大腿关节小腿关节长度/mm110050064354.68383.38对于本次实验四足机器人机械结构参数，可完成对垂直高度为300mm的障碍物跨越。每条腿的跨越障碍物时对其从起始点到落脚点采用三段五次多项式进行足端轨迹规划，以四足机器人右前腿为例说明单腿越障三段五次多项式轨迹规划，初始姿态如图2所示。首先侧摆关节为主要运动向外摆动，大腿和小腿关节辅助运动，使足端抬起至障碍物高度，如图3所示；然后大腿和小腿为主要运动向前摆动，使足端跨过障碍物，如图4所示；最后侧摆关节为主要运动向内摆回原来位置，并到达落脚点，如图5所示。以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3 

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