四足机器人自适应步态控制方法及系统与流程

本发明涉及机器人步态控制，特别是涉及一种四足机器人自适应步态控制方法及系统。

背景技术：

1、随着服务机器人的应用需求持续扩张，台阶作为室内外环境中最典型的非结构化地形之一，因不同场景下台阶的高度、宽度常存在差异，给机器人的稳定攀登带来了不小挑战。

2、机器人关节驱动存在传动间隙、负载变化导致的运动误差，单次攀登动作的实际落点与理论落点会出现三维坐标偏差，现有方案对步态规划的补偿策略多为经验性调整，无法根据不同台阶参数自适应生成最优补偿方案，泛化能力弱，导致多步攀登中误差持续放大，降低了四足机器人的攀登效率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种四足机器人自适应步态控制方法及系统。

2、第一方面，本发明提供了一种四足机器人自适应步态控制方法，所述方法包括：

3、获取四足机器人的历史攀登数据并进行分类筛选，构建标准参考库，所述标准参考库包括台阶参数和机械足对应的标准落点序列；

4、根据四足机器人在各种台阶参数下的最新攀登数据，计算与所述标准落点序列的三维差值，形成偏差序列，并根据所述偏差序列，计算机械足的偏差系数，构建落点补偿库；

5、响应于四足机器人执行台阶攀登任务，获取四足机器人的待落点坐标和对应的机械足，从所述落点补偿库中提取对应的偏差系数，并对所述待落点坐标进行修正，得到四足机器人攀登台阶落点参考序列。

6、进一步地，所述获取四足机器人的历史攀登数据并进行分类筛选，构建标准参考库的步骤包括：

7、将四足机器人完成台阶攀登过程中记录的运行数据作为历史攀登数据，所述历史攀登数据包括台阶参数和四足机器人的落点坐标；

8、按照所述台阶参数对所述历史攀登数据进行分类，提取不同台阶参数对应的四足机器人的落点坐标；

9、按照四足机器人攀登动作的时间先后顺序对所述落点坐标进行升序排列，并在每一个落点坐标添加对应的机械足，形成标准落点序列；

10、以所述台阶参数为索引，以所述标准落点序列为数据，构建得到标准参考库。

11、进一步地，所述根据四足机器人在各种台阶参数下的最新攀登数据，计算与所述标准落点序列的三维差值，形成偏差序列的步骤包括：

12、采集当前台阶的台阶参数，从所述标准参考库中筛选出对应的标准落点序列，并作为第一落点序列；

13、根据四足机器人第一次踩在台阶上的机械足的落点坐标，计算与所述第一落点序列中第一次踩在台阶上的机械足的落点坐标之间的三维差值；

14、根据所述三维差值对所述第一落点序列中剩余的落点坐标进行修正，得到修正的落点序列；

15、根据四足机器人第二次踩在台阶上的机械足的落点坐标，计算与修正的落点序列中第二次踩在台阶上的机械足的落点坐标之间的三维差值，并对修正的落点序列继续进行修正，直至完成全部台阶攀登动作，并记录最终修正落点序列；

16、将每一次踩台阶动作对应的三维差值、该次动作的机械足实际落点坐标以及机械足接触的具体台阶层级，按动作顺序进行整理，形成偏差序列。

17、进一步地，所述根据所述偏差序列，计算机械足的偏差系数，构建落点补偿库的步骤包括：

18、基于三角函数关系，计算所述偏差序列中每一组数据中实际落点坐标相对机身坐标系的对应角度；

19、从所述偏差序列中分离出每一组数据对应的台阶参数和机械足接触的对应台阶层数，基于三角函数关系，计算实际落点坐标在机身坐标系下的相对角度；

20、对机械足的实际落点坐标与所述最终修正落点序列中对应落点坐标进行除法运算，得到机械足在所述相对角度下的偏差系数；

21、根据每一组数据中各个机械足对应的偏差系数，构建落点补偿库。

22、进一步地，所述根据所述偏差序列，计算机械足的偏差系数，构建落点补偿库的步骤还包括：

23、通过重复攀登，获取不同相对角度下的偏差系数；

24、以机械足和相对角度为索引，以所述偏差系数为数据，对所述落点补偿库进行更新，得到最终落点补偿库。

25、进一步地，所述获取四足机器人的待落点坐标和对应的机械足，从所述落点补偿库中提取对应的偏差系数的步骤包括：

26、通过四足机器人的控制系统获取即将执行的下一次踩台阶动作的待落点坐标和对应的机械足；

27、基于三角函数公式计算所述待落点坐标在机身坐标系下的第一相对角度；

28、以所述第一相对角度和对应的机械足为查询条件，从所述落点补偿库中提取对应的偏差系数。

29、进一步地，所述对所述待落点坐标进行修正，得到四足机器人攀登台阶落点参考序列的步骤包括：

30、按照对应坐标轴，将提取到的对应的偏差系数与待落点坐标相乘，得到修正的待落点坐标；

31、按照动作执行顺序对所有攀登动作的修正的待落点坐标进行整合，得到四足机器人攀登台阶落点参考序列。

32、第二方面，本发明提供了一种四足机器人自适应步态控制系统，所述系统包括：

33、标准库构建模块，用于获取四足机器人的历史攀登数据并进行分类筛选，构建标准参考库，所述标准参考库包括台阶参数和机械足对应的标准落点序列；

34、补偿库构建模块，用于根据四足机器人在各种台阶参数下的最新攀登数据，计算与所述标准落点序列的三维差值，形成偏差序列，并根据所述偏差序列，计算机械足的偏差系数，构建落点补偿库；

35、补偿控制模块，用于响应于四足机器人执行台阶攀登任务，获取四足机器人的待落点坐标和对应的机械足，从所述落点补偿库中提取对应的偏差系数，并对所述待落点坐标进行修正，得到四足机器人攀登台阶落点参考序列。

36、进一步地，所述补偿库构建模块，还用于采集当前台阶的台阶参数，从所述标准参考库中筛选出对应的标准落点序列，并作为第一落点序列；

37、根据四足机器人第一次踩在台阶上的机械足的落点坐标，计算与所述第一落点序列中第一次踩在台阶上的机械足的落点坐标之间的三维差值；

38、根据所述三维差值对所述第一落点序列中剩余的落点坐标进行修正，得到修正的落点序列；

39、根据四足机器人第二次踩在台阶上的机械足的落点坐标，计算与修正的落点序列中第二次踩在台阶上的机械足的落点坐标之间的三维差值，并对修正的落点序列继续进行修正，直至完成全部台阶攀登动作，并记录最终修正落点序列；

40、将每一次踩台阶动作对应的三维差值、该次动作的机械足实际落点坐标以及机械足接触的具体台阶层级，按动作顺序进行整理，形成偏差序列。

41、进一步地，所述补偿库构建模块，还用于基于三角函数关系，计算所述偏差序列中每一组数据中实际落点坐标相对机身坐标系的对应角度；

42、从所述偏差序列中分离出每一组数据对应的台阶参数和机械足接触的对应台阶层数，基于三角函数关系，计算实际落点坐标在机身坐标系下的相对角度；

43、对机械足的实际落点坐标与所述最终修正落点序列中对应落点坐标进行除法运算，得到机械足在所述相对角度下的偏差系数；

44、根据每一组数据中各个机械足对应的偏差系数，构建落点补偿库。

45、本发明提供了一种四足机器人自适应步态控制方法及系统，本发明通过收集四足机器人历史攀登数据，按台阶参数分类并关联机械足落点坐标构建标准参考库，结合当前待攀登台阶参数与第一步落点三维差值，逐点修正后续落点序列并记录全程偏差形成偏差序列，避免了多步攀登中误差持续放大，提升了机器人台阶攀登的稳定性；通过从偏差序列中分离相关数据，基于三角函数计算机械足在不同角度下的偏差系数，汇总多组数据构建以机械足和角度为索引的落点补偿库，突破传统经验性调整局限，实现对不同参数台阶的自适应补偿，增强步态控制的泛化能力；通过获取机器人下一落点坐标与对应机械足，查询补偿库匹配偏差系数并对三维坐标逐一修正，抵消了关节传动间隙、负载变化带来的运动误差，提高了四足机器人台阶攀登的效率。