四足机器人步态规划与接触状态

描述

0、步态规划

四足机器人控制当中,步态是至关重要的一项。我们可以简单理解成四足机器人运动过程中各腿的状态,在这套设计方案中,我们对步态的规划主要分成两大主要部分,即接触状态和周期函数。而步态规划的目的,就是创建一个关于的足端接触状态的周期函数。

1、接触状态

四足机器人行进过程中,根据足端与地面是否发生接触,我们可以规定各条腿的两种接触状态,即接触(contact)与摆动(swing)

总控制器会根据步态规划给出的状态,移交至对应的控制器去处理,即摆动腿控制器(swing leg controll),接触腿控制器(contact leg control)。

对于这两种状态,可以简单地用一个布尔类型的值s来定义,即

控制器

对于周期性的步态规划,我们可以用下标Φ来进行区分,可以写成:

控制器

2、步态周期

四足机器人的运动归根到底都是周期运动,我们无须量化机器人运动的整个过程,因此如何量化定义一个完整的步态周期显得极为重要,在此我们使用基于时间的周期函数,定义一个基准相位值,公式如下:

控制器

其中,

  • t:当前运行时间
  • t0:当前周期开始时间
  • T:一个步态周期

同样我们可以利用取余的方法来简化上述周期函数,两者并无实质的区别:

控制器

其中

  • %为取余运算
  • t为当前运行时间

对于相同类型的周期信号,我们可以利用相位差来表征周期函数之间的差别,因此有了基准相位函数之后,我们就可以利用其来定义各条腿的相位,如下式:

控制器

其中,Φi,offset为第条腿与基准相位的相位差。

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