【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人控制，尤其涉及一种基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法。
技术介绍
1、现有的无人机有多种类型，其中具有多个关节的运动机器人广泛用于地面探索和处理工作，而这些工作的环境往往具有较复杂的空间布局，运动路径上不可避免地会存在障碍，因此对于运动机器人来说，运动规划的功能是至关重要的。
2、机器人的运动轨迹规划有多种形式，常见的有基于关节空间的轨迹规划和基于笛卡尔坐标系的轨迹规划。但是，对于具有多个关节的运动机器人来说，其每个关节(可称为机器人的足)的运动不同，不同足的落脚点决定了机器人的行进姿态。然而，上述基于关节空间和笛卡尔坐标系的轨迹规划方法虽然可以控制关节角度的变换速度，但是无法预测机器人足端落点的位置，导致多足机器人的运动规划存在一定局限性。
3、因此，有必要提出一种新的步态规划方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有多足机器人步态规划不能预测足端落点位置的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，包括以下步骤：
3、s1、选取机器人运动空间中可构成三角形的轨迹点，所述轨迹点包括第一轨迹点a、第二轨迹点b和第三轨迹点c，其中，所述机器人的步态规划为将其落脚点从所述第一轨迹点a经过所述第二轨迹点b运动至所述第三轨迹点c；
4、s2、根据所述轨迹点计算对应的圆弧轨迹圆心以及圆弧轨迹半径；
5、s3、根据所述轨迹点、所述圆弧
6、s4、将经过所述轨迹点的圆弧轨迹划分为多个分段，得到多个采样点；
7、s5、分别计算每一采样点在所述机器人运动空间中的坐标，并将坐标代入所述圆弧轨迹平面方程进行运动逆解，得到所述机器人在所述采样点时的运动角度；
8、s6、基于所有所述采样点对应的所述运动角度，得到所述机器人的步态规划结果。
9、更进一步地，所述定义所述第一轨迹点a、所述第二轨迹点b、所述第三轨迹点c的坐标分别为a(x1，y1，z1)，b(x2，y2，z2)，c(x3，y3，z3)，所述圆弧轨迹圆心为o(x，y，z)，其满足以下关系式：
10、(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2＝(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2；
11、(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2＝(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2。
12、更进一步地，所述圆弧轨迹平面方程满足以下关系式：
13、ax+b+cz＝1；
14、其中：
15、
16、更进一步地，步骤s5具体为：
17、定义所述采样点的总数为n，初始迭代值i＝1，采样点i与所述第一轨迹点a之间的夹角θ满足以下关系式：
18、
19、所述采样点i与所述第一轨迹点a在所述圆弧轨迹中的旋转轴ω满足以下关系式：
20、
21、将所述旋转轴ω归一化，并构造四元数q：
22、
23、其中，x、y、z是旋转轴的单位向量；其中，所述四元数的实部a和虚部b、c、d满足以下关系式：
24、
25、基于所述旋转轴和所述四元数构建旋转矩阵r：
26、
27、将所述旋转矩阵r左乘采样点i对应的向量，得到采样点i的坐标，将采样点i的坐标代入所述圆弧轨迹平面方程进行运动逆解，得到所述机器人在采样点i时的运动角度；
28、使i＝i+1，重复上述步骤，直到i>n，得到所有采样点的所述运动角度。
29、更进一步地，构建所述旋转矩阵r时，将所述四元数的虚部b、c、d的符号全部取反。
30、更进一步地，所述第一轨迹点a与所述圆弧轨迹圆心o、所述第三轨迹点与所述圆弧轨迹圆心o之间的向量夹角θac满足以下关系式：
31、
32、本专利技术所达到的有益效果，在于提出了一种能够预测机器人落脚点的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，该方法在进行步态规划过程中只需要选取三个轨迹点，然后通过轨迹点求解出机器人圆弧轨迹的圆心以及半径的大小，通过圆心以及半径求解出圆弧所在平面的方程，再通过插补的方法，在圆弧上截取适当的点，代入机器人运动学逆解方程，进而求解出机器人关节在圆弧路径上移动的角度，该方法使得机器人的运动轨迹是可预见的，从而保证机器人控制的稳定性。
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1.一种基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，所述定义所述第一轨迹点A、所述第二轨迹点B、所述第三轨迹点C的坐标分别为A(x1，y1，z1)，B(x2，y2，z2)，C(x3，y3，z3)，所述圆弧轨迹圆心为O(x，y，z)，其满足以下关系式：
3.根据权利要求2所述的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，所述圆弧轨迹平面方程满足以下关系式：
4.根据权利要求3所述的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，步骤S5具体为：
5.根据权利要求4所述的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，构建所述旋转矩阵R时，将所述四元数的虚部b、c、d的符号全部取反。
6.根据权利要求4所述的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，所述第一轨迹点A与所述圆弧轨迹圆心O、所述第三轨迹点与所述圆弧轨迹圆心O之间的向量夹角θAC满足以下关系式：
【技术特征摘要】
1.一种基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，所述定义所述第一轨迹点a、所述第二轨迹点b、所述第三轨迹点c的坐标分别为a(x1，y1，z1)，b(x2，y2，z2)，c(x3，y3，z3)，所述圆弧轨迹圆心为o(x，y，z)，其满足以下关系式：
3.根据权利要求2所述的基于圆弧轨迹的机器人稳定步态规划方法，其特征在于，所述圆弧轨迹平面方程满...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓嘉宏，缪文南，郭明鑫，何富华，梁梓壕，王子林，
申请(专利权)人：广州城市理工学院，
类型：发明
国别省市：
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