足式机器人足端轨迹规划方法、系统及控制方法、系统与流程

技术特征：
1.一种足式机器人足端轨迹规划方法，对单只腿足结构在单个周期内的足端轨迹进行规划，其特征在于，所述规划方法包括：1)对支撑阶段的足端轨迹进行规划：采用带有抛物线过渡的线性函数对轨迹进行插值，得到支撑阶段的轨迹参数方程；根据所述轨迹参数方程计算所述单只腿足结构的各关节在支撑阶段的第一关节角函数；2)对摆动阶段的足端轨迹进行规划：采用多项式插值的方法对关节角变化量进行插值，得到关节角变化量插值函数；根据所述第一关节角函数和所述关节角变化量插值函数计算所述单只腿足结构的各关节在摆动阶段的第二关节角函数；所述第一关节角函数和所述第二关节角函数即为单个周期内的足端轨迹在关节空间的表示。2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述采用带有抛物线过渡的线性函数对轨迹进行插值，得到支撑阶段的轨迹参数方程具体包括：获取支撑阶段的第一已知参量；所述第一已知参量包括支撑阶段的起始点坐标和终止点坐标；建立带有抛物线过渡的初始线性函数；根据所述第一已知参量和第一限制条件，对所述初始线性函数进行求解，得到轨迹参数方程；所述第一限制条件包括始末位置、始末速度、轨迹连续以及速度连续。3.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述根据所述轨迹参数方程计算所述单只腿足结构的各关节在支撑阶段的第一关节角函数具体包括：获取所述单只腿足结构的逆运动学方程；以所述轨迹参数方程作为输入，利用所述逆运动学方程计算所述单只腿足结构的各关节在支撑阶段的第一关节角函数。4.根据权利要求3所述的规划方法，其特征在于，所述获取所述单只腿足结构的逆运动学方程具体包括：获取所述单只腿足结构的d
‑
h参数表；根据所述d
‑
h参数表计算相邻连杆变换矩阵；根据所述相邻连杆变换矩阵，利用几何法获取所述单只腿足结构的逆运动学方程。5.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述采用多项式插值的方法对关节角变化量进行插值，得到关节角变化量插值函数具体包括：采用四次多项式插值的方法对关节角变化量进行插值，得到关节角变化量插值函数。6.根据权利要求5所述的规划方法，其特征在于，所述采用四次多项式插值的方法对关节角变化量进行插值，得到关节角变化量插值函数具体包括：获取摆动阶段的第二已知参量；所述第二已知参量包括摆动阶段的预设关节角变化量；建立初始关节角变化量插值函数；所述初始关节角变化量插值函数中每一个关节的函数均为四次多项式方程；根据所述第二已知参量和第二限制条件，对所述初始关节角变化量插值函数进行求
解，得到关节角变化量插值函数；所述第二限制条件包括始末关节角变化量、中间时刻关节角变化量以及始末关节角变化速度。7.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述根据所述第一关节角函数和所述关节角变化量插值函数计算所述单只腿足结构的各关节在摆动阶段的第二关节角函数具体包括：根据所述第一关节角函数计算摆动阶段的关节角逆时序函数；将所述关节角逆时序函数和所述关节角变化量插值函数进行求和，得到所述单只腿足结构的各关节在摆动阶段的第二关节角函数。8.一种足式机器人足端轨迹规划系统，对单只腿足结构在单个周期内的足端轨迹进行规划，其特征在于，所述规划系统包括：支撑轨迹规划模块，用于对支撑阶段的足端轨迹进行规划：采用带有抛物线过渡的线性函数对轨迹进行插值，得到支撑阶段的轨迹参数方程；根据所述轨迹参数方程计算所述单只腿足结构的各关节在支撑阶段的第一关节角函数；摆动轨迹规划模块，用于对摆动阶段的足端轨迹进行规划：采用多项式插值的方法对关节角变化量进行插值，得到关节角变化量插值函数；根据所述第一关节角函数和所述关节角变化量插值函数计算所述单只腿足结构的各关节在摆动阶段的第二关节角函数；所述第一关节角函数和所述第二关节角函数即为单个周期内的足端轨迹在关节空间的表示。9.一种足式机器人足端轨迹控制方法，对单只腿足结构在单个周期内的运动进行控制，其特征在于，所述控制方法包括：根据权利要求1所得到的第一关节角函数控制足式机器人运动，完成支撑阶段的运动；根据权利要求1所得到的第二关节角函数控制足式机器人运动，完成摆动阶段的运动。10.一种足式机器人足端轨迹控制系统，对单只腿足结构在单个周期内的运动进行控制，其特征在于，所述控制系统包括：支撑控制模块，用于根据权利要求1所得到的第一关节角函数控制足式机器人运动，完成支撑阶段的运动；摆动控制模块，用于根据权利要求1所得到的第二关节角函数控制足式机器人运动，完成摆动阶段的运动。

技术总结
本发明涉及一种足式机器人足端轨迹规划方法、系统及控制方法、系统，在对支撑阶段的足端轨迹进行规划时，采用带有抛物线过渡的线性函数对轨迹进行插值，得到支撑阶段的轨迹参数方程，并根据轨迹参数方程计算单只腿足结构的各关节在支撑阶段的第一关节角函数，在对摆动阶段的足端轨迹进行规划时，采用多项式插值的方法对关节角变化量进行插值，得到关节角变化量插值函数，根据第一关节角函数和关节角变化量插值函数计算单只腿足结构的各关节在摆动阶段的第二关节角函数，利用规划得到的足端轨迹对机器人进行控制，能够有效降低作为关节的运动原件的损耗，使腿足结构的运动更加平滑。使腿足结构的运动更加平滑。使腿足结构的运动更加平滑。


技术研发人员：张晓平 夏海闯 崔力升 李伊茗 罗康 武天旭 朱震霆 程竑暻 焦睿 徐浩诚
受保护的技术使用者：北方工业大学
技术研发日：2021.07.02
技术公布日：2021/9/9