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申请/专利权人：广东工业大学

摘要：本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种特技机器人控制方法及其特技机器人，控制方法包括如下步骤：S1.计算期待位姿序列；S2.获取当前时间节点下的当前位姿序列；S3.通过期待位姿序列与当前位姿序列得到位姿速度的误差；S4.通过计算得到特技机器人在空中翻滚时所需要推进力、以及关节处所需的转角控制量；S5.将得到的推进力换算为推进机构的转速，并将得到的转角控制量换算为驱动组件的转角，使特技机器人的位姿得以改变；S6.获取改变位姿后的特技机器人的动作位姿序列，并与期待位姿序列进行比较。本发明能够提升机器人的越障性能，提高跳跃落地的准确性，以及提高野外勘测、灾后救援等复杂场景的适应能力。

主权项：1.一种特技机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.计算出特技机器人期待运动轨迹的期待位姿序列；S2.获取当前时间节点下所述特技机器人的当前位姿序列；S3.对所述期待位姿序列与当前位姿序列进行作差，得到位姿误差，并对所述位姿误差进行求导计算得到位姿速度的误差；S4.通过对所述位姿速度的误差进行计算，得到所述特技机器人在空中翻滚时其腰部、脚掌部所需要推进力，以及得到其髋关节、踝关节所需要的转角控制量；所述特技机器人包括由上至下顺次铰接的腰部基件1、大腿组件3、小腿组件5、脚掌组件7，所述腰部基件1与大腿组件3的铰接处为髋关节，所述大腿组件3与小腿组件5的铰接处为膝关节，所述小腿组件5与脚掌组件7的铰接处为踝关节；其中，所述腰部基件1与大腿组件3之间通过第一电机21、第二电机22、第三电机23分别实现大腿组件3在x轴、z轴、y轴方向的驱动；所述小腿组件5通过第四电机41进行驱动，所述脚掌组件7通过第五电机61进行驱动；所述特技机器人还包括推进机构，所述推进机构包括分别设于所述腰部基件1前侧、后侧的第一涵道风机811、第二涵道风机812，还包括设于所述脚掌组件7上的第三涵道风机821；所述步骤S4具体包括如下步骤：S41.将所述位姿速度的误差作为PD控制器输入计算得到位姿PD控制器的输出量；其中，计算得到位姿PD控制器的输出量为： 式中，Kp、Ki、Kd分别表示各个控制器对应的PID系数；S42.根据位姿PD控制器的输出量计算得到所述特技机器人腰部、脚掌部上设置的推进机构所需要的输出风力大小；其中，所述推进机构所需要的输出风力为：Fforward＝Pz_control-Px_controlFback＝Pz_control+Px_controlFleft＝-Py_controlFright＝Py_control式中，Fforward表示所述第一涵道风机811的输出风力，Fback表示所述第二涵道风机812的输出风力，Fleft表示左边的脚掌组件上第三涵道风机821的输出风力，Fright表示右边的脚掌组件上第三涵道风机821的输出风力；S43.计算所述特技机器人的质心在腰部坐标系下的位置，以及计算所述特技机器人髋关节、踝关节的位置；其中，所述特技机器人的质心在腰部坐标系下的位置计算公式为： 式中，N表示所述特技机器人的活动部件数量，mj表示第j个所述特技机器人的活动部件的质量，bcj表示第j个所述特技机器人的活动部件在腰部坐标系下的质心坐标，M表示所述特技机器人的总质量，clocal表示该特技机器人的活动部件的质心在该活动部件坐标系下的局部坐标，1T27表示第一电机21转动与腰部基件1之间的转换矩阵，j-1Tj表示上一活动部件与当前活动部件之间的转换矩阵；其中，所述特技机器人髋关节、踝关节的位置计算公式为：以左边腿部为例，能够得到所述第三电机23在腰部坐标系下的坐标bphip_left，以及得到所述踝关节在腰部坐标系下的坐标bpankle_left；其中， 式中，1T7表示所述第一电机21转动与腰部基件1的转换矩阵，7T8表示所述第一电机21与第二电机22的转换矩阵，8T9表示所述第二电机22与第三电机23的转换矩阵，9T10表示所述第三电机23与膝关节转动的转换矩阵，10T11表示所述膝关节转动与踝关节转动的转换矩阵；S44.根据步骤S43得到的所述特技机器人髋关节、踝关节的位置通过投影矩阵进行计算，得到所述推进机构的力臂；其中，以左边腿部为例，所述投影矩阵计算公式为： 式中，aleft表示所述髋关节指向踝关节的向量，bleft表示是所述特技机器人质心指向髋关节的向量，pleft表示bleft在aleft上的投影；可得左边的脚掌组件上第三涵道风机821的力臂为：Lleft＝||bleft-pleft||；同理可得右边的脚掌组件上第三涵道风机821的力臂Lright；S45.根据步骤S41得到的输出量以及步骤S44得到的力臂进行计算，得到所述特技机器人髋关节、踝关节所需要的转角控制量；其中，驱动组件所需要的转角控制量为： 式中，表示左边的第一电机21的转角控制量，表示右边的第一电机21的转角控制量，θankle_left表示左边的第五电机61的转角控制量，θankle_right表示右边的第五电机61的转角控制量，Lleft表示左边的脚掌组件上第三涵道风机821的力臂，Lright表示右边的脚掌组件上第三涵道风机821的力臂；S5.将得到的腰部、脚掌部所需要推进力分别换算为位于所述特技机器人腰部、脚掌部的推进机构的转速，并将得到的髋关节、踝关节所需要的转角控制量分别换算为用于驱动所述特技机器人髋关节、踝关节的驱动组件的转角，使所述特技机器人的位姿得以改变；S6.获取改变位姿后的特技机器人的动作位姿序列，并与所述期待位姿序列进行比较；若所述动作位姿序列与期待位姿序列之间的位姿误差在一定误差范围内，则所述特技机器人已完成本次位姿改变，否则返回步骤S2。

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