【技术实现步骤摘要】
本公开涉及四足机器人运动规划，具体涉及一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法及系统。
技术介绍
1、腿足式机器人中的四足机器人凭借其结构简单、稳定性强、崎岖地形适应性强等优势，受到众多科研工作者与研究机构的关注，尤其是带有双臂的可变构型四足机器人，因其具备哺乳动物构型、爬行动物构型、双臂移动作业构型等多种构型展现出较强的地形适应性、跨越不规则障碍物的能力和双臂移动作业能力而受到青睐。
2、基于模型的控制方法依赖于精确的动力学模型，然而机器人的动力学惯性参数受到受机械臂安装位置、双臂移动位置、机器人腿部的构型或cad软件动力学参数读取误差等内力因素的影响；同时，机器人也受到突然施加的未知外部载荷或双臂夹取重物等外部因素的影响，这些内力或外力因素会造成机器人质心偏移机器人几何中心，从而增加控制器姿态角跟踪误差，造成机器人躯干倾斜甚至失稳摔倒的情况，因此需要准确估计出质心的偏移更正动力学模型参数。
3、然而现有的质心估计与补偿方法大部分需要机器人在质心估计过程中保持静止状态或者只能在静步态运动过程进行辨识质心，很少有动步态运动过程中实现质心估计的方法；同时针对于带有机械臂的四足机器人，在进行未知目标夹取时，当前大部分方法是假设夹取目标质量已知来建立动力学模型，然而实际作业过程中无法实时获取夹取目标质量，忽略了未知载荷造成的质心偏移情况，上述这些方法会降低机器人作业精度或者运动效率，针对带臂的四足机器人，无法在动态运动过程中实时估计质心偏移，最终影响机器人系统的稳定性。
技术实现
1、本公开为了解决上述问题，提出了一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法及系统，实现四足机器人在双臂移动、腿部构型变化和未知载荷等内力或外力扰动下的动态运动平稳控制。
2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
3、一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，包括：
4、获取可变构型四足机器人在运动过程中的状态反馈信息；
5、基于状态反馈信息，通过可变构型四足机器人的全身动力学模型和基于广义动量的扰动力观测器，计算支撑腿的足端接触力；
6、依据支撑腿的足端接触力，采用在线递归策略的质心估计算法，估计受到未知扰动后的质心偏移值；
7、根据估计的质心偏移值，对运动轨迹规划器和质心动力学模型进行调整，基于调整后的结果，通过零空间的全身控制器进行质心偏差的补偿，得到最优的关节扭矩，进行实时的伺服控制；
8、其中，所述在线递归策略的质心估计算法，利用前后、左右支撑腿的足端接触力差异，估算在水平面内质心偏移的方向，在质心偏移的方向上引入滑动窗口，采用逐个窗口叠加滑动的方式逐步辨识偏移量，最终得到质心在水平面的偏移估计值。
9、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
10、一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿系统，包括：
11、状态获取模块，被配置为：获取可变构型四足机器人在运动过程中的状态反馈信息；
12、接触力计算模块，被配置为：基于状态反馈信息，通过可变构型四足机器人的全身动力学模型和基于广义动量的扰动力观测器，计算支撑腿的足端接触力；
13、偏移估计模块，被配置为：依据支撑腿的足端接触力，采用在线递归策略的质心估计算法，估计受到未知扰动后的质心偏移值；
14、偏移补偿模块，被配置为：根据估计的质心偏移值，对运动轨迹规划器和质心动力学模型进行调整，基于调整后的结果，通过零空间的全身控制器进行质心偏差的补偿，得到最优的关节扭矩，进行实时的伺服控制；
15、其中，所述在线递归策略的质心估计算法，利用前后、左右支撑腿的足端接触力差异，估算在水平面内质心偏移的方向，在质心偏移的方向上引入滑动窗口，采用逐个窗口叠加滑动的方式逐步辨识偏移量，最终得到质心在水平面的偏移估计值。
16、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
17、一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法。
18、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
19、一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法。
20、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
21、一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法。
22、与现有技术相比，本公开的有益效果为：
23、（1）本专利技术通过提出基于广义动量的扰动力观测器，根据机器人在运动过程中的关节扭矩、关节速度等状态估计信息计算出机器人的广义动量，并利用机器人的全身动力学模型和扰动力观测器计算出机器人准确的足端接触力，实现了机器人足端交互力与接触状态的准确反馈。
24、（2)本专利技术通过提出基于在线递归策略的质心估计算法，结合估计出的准确的足端接触力利用前后、左右支撑腿的接触力差异估算出在水平面内质心偏移的方向，采用递归迭代策略估算出质心在水平面的偏移估计，实现了带有机械臂的可变构型四足机器人在多种扰动因素下准确的质心偏差估计。
25、（3)本专利技术通过提出基于全身控制的质心补偿器，根据估算出的机器人系统质心偏移，结合基于带有任务优先级的全身控制器和运动轨迹规划器，补偿机器人质心因受建模误差、双臂运动或者腿部构型等内力因素和未知载荷等外力因素带来的质心偏移，实现带有机械臂的四足机器人平稳运动控制与移动作业。
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1.一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述状态反馈信息，包括可变构型四足机器人的躯干位置、速度信息。
3.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述计算支撑腿的足端接触力，具体为：
4.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述利用前后、左右支撑腿的足端接触力差异，估算在水平面内质心偏移的方向，具体为：
5.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述采用逐个窗口叠加滑动的方式逐步辨识偏移量，具体为：
6.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述得到最优的关节扭矩，具体为：
7.一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿系统，其特征在于，包括：
8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-6任一项所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法。
...【技术特征摘要】
1.一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述状态反馈信息，包括可变构型四足机器人的躯干位置、速度信息。
3.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述计算支撑腿的足端接触力，具体为：
4.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述利用前后、左右支撑腿的足端接触力差异，估算在水平面内质心偏移的方向，具体为：
5.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述采用逐个窗口叠加滑动的方式逐步辨识偏移量，具体为：
6.如权利要求1所述的一种带臂的变构型四足机器人质心估计与补偿方法，其特征在于，所述得到最...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣学文，路广林，陈腾，马昕，吴疆，周乐来，李贻斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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