CN114889725B - 四足机器人的平稳支撑方法及装置 - Google Patents

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CN114889725B CN202210541510.4A CN202210541510A CN114889725B CN 114889725 B CN114889725 B CN 114889725B CN 202210541510 A CN202210541510 A CN 202210541510A CN 114889725 B CN114889725 B CN 114889725B
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Abstract

本发明提供一种四足机器人的平稳支撑方法及装置，涉及机器人技术领域，其中方法包括：在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与本体的连接部沿目标方向移动预设距离；基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态。本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法及装置，使四足机器人的重心处于未抬起的三个支撑腿所形成的三角形区域，并基于移动预设距离调节其余三个支撑腿的支撑力，以使四足机器人处于静平衡状态。

Description

四足机器人的平稳支撑方法及装置
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种四足机器人的平稳支撑方法及装置。
背景技术
近年来，随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，机器人在现代工业领域应用已经非常广泛，而人们对机器人各方面的功能需求也不断提高。为满足社会的需求，智能机器人的研究是一大热点，其中，移动机器人是近年来研究的重要领域。移动机器人可分为轮式、履带式和腿足式机器人，其中，腿足机器人具有更好的灵活性，对于复杂的地形拥有更强的适应能力，因此，腿足式机器人具有更广阔的发展前景，而四足机器人作为腿足式机器人中的重要一类。
现有技术中，为了提高对复杂多变环境的适应能力，通常是对四足机器人进行动平衡控制，以实现四足机器人的动步态稳定。
但是，在有障碍或高低不平的环境下，需考虑四足机器人的静平衡，而现有四足机器人的动平衡控制无法应用于静平衡控制中，因此，四足机器人的静平衡问题是目前业界亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明提供一种四足机器人的平稳支撑方法及装置，用以解决现有技术中四足机器人的动平衡控制无法应用于静平衡控制中的缺陷。
本发明提供一种四足机器人的平稳支撑方法，所述方法包括：
在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态。
根据本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，所述目标支撑腿包括与所述第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，所述目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反。
根据本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(1)至公式(3)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000021
Figure BDA0003648527300000022
Figure BDA0003648527300000023
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure BDA0003648527300000031
γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure BDA0003648527300000032
Δz2表示所述预设距离。
根据本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(4)至公式(6)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000033
Figure BDA0003648527300000034
Figure BDA0003648527300000035
其中，mB表示每条支撑腿的质量。
根据本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，所述调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离，包括：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部、第三支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部和第四支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向。
根据本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(7)至公式(9)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000041
Figure BDA0003648527300000042
Figure BDA0003648527300000043
其中，ΔY表示所述第一预设距离，ΔX表示所述第二预设距离，
Figure BDA0003648527300000044
根据本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，所述调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离，包括：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部、第三支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部和第四支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一支撑腿和所述第二支撑腿呈对角分布；
所述第三目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向。
根据本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(10)至公式(12)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000051
Figure BDA0003648527300000052
Figure BDA0003648527300000053
其中，γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure BDA0003648527300000054
Δz2表示所述第三预设距离。
本发明还提供一种四足机器人的平稳支撑装置，包括：
控制单元，用于在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
确定单元，用于基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人的本体处于静平衡状态。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述四足机器人的平稳支撑方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述四足机器人的平稳支撑方法。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法及装置，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，通过调节四足机器人的目标支撑腿的腿部关节，使得目标支撑腿沿目标方向移动预设距离，进而使四足机器人的重心处于未抬起的三个支撑腿所形成的三角形区域，并基于移动预设距离调节其余三个支撑腿的支撑力，以使四足机器人处于静平衡状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中四足机器人的结构示意图之一；
图2是现有技术中四足机器人的结构示意图之二；
图3是本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法的流程示意图之一；
图4是本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法的流程示意图之二；
图5是本发明提供的四足机器人的状态示意图之一；
图6是本发明提供的四足机器人的状态示意图之二；
图7是本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法的流程示意图之三；
图8是本发明提供的四足机器人的平稳支撑装置的结构示意图；
图9是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1和图2是现有技术中四足机器人的结构示意图，四足机器人包括四个支撑腿以及与四个支撑腿连接的本体；其中，图1所示的四足机器人处于初始状态，此时，四足机器人的四个支撑腿均与地面接触；图2所示的四足机器人处于四节拍运动的摆动相抬腿状态，此时，第一支撑腿抬起离开地面，则第一支撑腿处于摆动相，其余三个支撑腿均与地面接触，在摆动相的第一支撑腿抬起时，四足机器人的本体的位置和姿态均会发生变化，导致四足机器人处于非稳定平衡状态而发生倾倒。
基于此，本发明对四足机器人的本体的位置和姿态进行规划，使得四足机器人的重心处于与地面接触的三个支撑腿形成的三角形区域内。
下面结合图3-图7描述本发明的四足机器人的平稳支撑方法。
图3是本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法的流程示意图之一，如图3所示，该四足机器人的平稳支撑方法包括以下步骤：
步骤101、在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述本体的连接部沿目标方向移动预设距离。
其中，四足机器人的每个支撑腿包括上连杆、下连杆、腿部关节、驱动电机等，下连杆的下端作为足端，用于与地面接触，下连杆的上端与腿部关节的一端相连，腿部关节的另一端与上连杆的下端相连，上连杆的上端作为支撑腿的连接部，并与本体固定连接。
示例地，在控制四足机器人的第一支撑腿抬起时，目标支撑腿的电机驱动目标支撑腿的腿部关节移动和/或转动，使目标支撑腿的上连杆和下连杆的姿态发生变化，进而使目标支撑腿与本体的连接部沿目标方向移动预设距离，由于目标支撑腿的连接部与本体固连，则本体随目标支撑腿的连接部同步移动，进而改变四足机器人的本体的位置和姿态。
步骤102、基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态。
其中，四足机器人的其余支撑腿包括第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿。
示例地，在第一支撑腿抬起时，是通过第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿支撑四足机器人的本体，则第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力、第四支撑腿的支撑力满足公式(13)；另外，在第一支撑腿抬起时，控制目标支撑腿的连接部移动预设距离，进而使四足机器人的本体同步移动预设距离，以满足四足机器人处于静平衡状态。FwA2z+FwA3z+FwA4z＝MAg (13)
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，g表示重力加速度，MA表示四足机器人的本体的质量。
需要说明的是，支撑腿的支撑力可以是世界坐标系中的z向的支撑力，预设距离可以是基于经验或者实验确定的。
本发明提供的一种四足机器人的平稳支撑方法，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，通过调节四足机器人的目标支撑腿的腿部关节，使得目标支撑腿沿目标方向移动预设距离，进而使四足机器人的重心处于未抬起的三个支撑腿所形成的三角形区域，并基于移动预设距离调节其余三个支撑腿的支撑力，以使四足机器人处于静平衡状态，能够适用于有障碍、高低不平环境中四足机器人的静平衡控制。
可选地，所述目标支撑腿包括与所述第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，所述目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反。
示例地，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节与第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与本体的连接部沿与第一支撑腿抬起的方向相反的方向移动预设距离，进而使第二支撑腿与本体的连接部相对于第一支撑腿的接触面的位置降低，同时，本体与第二支撑腿固连的一侧随第二支撑腿的连接部同步向下移动预设距离。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，通过调节与第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿的腿部关节，控制第二支撑腿与本体的连接部高度降低，使四足机器人的本体产生倾斜，进而使四足机器人的重心处于未抬起三个支撑腿所形成的三角形区域内，以保持四足机器人的本体平衡，该方法通过调节与第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，实现对角倾斜调重心，并且仅调节第二支撑腿，即可使四足机器人处于静平衡状态，调节方式简便。
可选地，在目标支撑腿包括与第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿的情况下，步骤102具体可通过以下方式实现：
基于公式(1)至公式(3)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态；
Figure BDA0003648527300000091
Figure BDA0003648527300000092
Figure BDA0003648527300000093
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure BDA0003648527300000101
γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure BDA0003648527300000102
Δz2表示所述预设距离。
示例地，图4是本发明的四足机器人的平稳支撑方法的流程示意图之二，如图4所示，具体可通过以下方式来构建公式(1)至公式(3)：
步骤1021、计算第二支撑腿与本体的连接部沿目标方向移动预设距离，使得四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线旋转角度γ1。
示例地，四足机器人的4个支撑腿均匀分布，如图5所示，图5中的左右方向为四足机器人的前进方向，第一支撑腿和第四支撑腿的质心连线与四足机器人的行驶方向垂直，前后两个支撑腿之间的距离为2Lb，即第一支撑腿和第三支撑腿之间距离为2Lb，左右两个支撑腿之间的距离为2La，即第一支撑腿和第四支撑腿之间距离为2La，四足机器人的本体等价质量块高为Lc。定义支撑腿与本体连接的连接部为腿基，在本体坐标系中，P1表示第一支撑腿的腿基坐标系原点，P2表示第二支撑腿的腿基坐标系原点，P3表示第三支撑腿的腿基坐标系原点，P4表示第四支撑腿的腿基坐标系原点，在第一支撑腿抬起时，第二支撑腿与本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，四足机器人的本体绕P3P4连线旋转角度γ1，使本体产生倾斜，P3P4连线指的就是第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线，如图6所示,旋转角度γ1通过公式(14)计算获得；
Figure BDA0003648527300000111
其中，Δz2表示预设距离，也就是第二支撑腿的连接部沿第一支撑腿的接触面降低的高度。
步骤1022、计算四足机器人的本体倾斜后的坐标系在本体的原坐标系中的位姿。
示例地，本体的原坐标系为四足机器人的第一支撑腿未抬起，四足机器人的四个支撑腿的足端均与地面接触，四足机器人处于图1所示的初始状态时的坐标系。
具体的，如图5所示，四足机器人的本体的倾斜相当于本体坐标系绕ZA轴旋转角度σ，得到新的坐标，再绕新的XA轴旋转角度γ1，再绕ZA轴旋转角度-σ，变换后本体的新坐标系在原坐标系中的位姿ATA0为：
Figure BDA0003648527300000121
其中，在本体坐标系中，以本体与支撑腿连接的面的中心为原点，沿四足机器人的行驶方向为XA轴方向，与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿的方向为YA轴方向，第一支撑腿抬起的方向为ZA轴方向，σ表示第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure BDA0003648527300000122
步骤1023、计算四足机器人的本体倾斜后的质心在原本体坐标系中的坐标。
示例地，四足机器人的本体倾斜后的质心APc通过公式(16)计算获得；
Figure BDA0003648527300000123
Figure BDA0003648527300000131
其中，四足机器人的本体在未倾斜前处于图1所示的初始状态时，在本体坐标系中，四足机器人的本体的质心坐标Pc为(0,0,Lc/2),则四足机器人的本体的质心坐标Pc采用齐次矩阵表示为
Figure BDA0003648527300000132
步骤1024、确定四足机器人的其余支撑腿的支撑力。
示例地，从公式(16)可以看出，在γ1较小时，四足机器人的本体的质心位置变化较小，质心的变化较小，越不利于四足机器人的平衡，因此，基于公式(16)调节四足机器人的第二支撑腿、第三支撑腿和第四支撑腿的支撑力。
确定绕P2P3轴的力矩平衡公式如公式(17)所示：
2FwA4zLb-MAg[Lb+(Lc/2)sinσsinγ1]＝0 (17)
确定绕P2P4轴的力矩平衡公式如公式(18)所示：
2FwA3zLa-MAg[La+(Lc/2)cosσsinγ1]＝0 (18)
确定绕P3P4轴的力矩平衡公式如公式(19)所示：
2FwA2zLacosσ+MAg(Lc/2)sinγ1＝0 (19)
根据公式(17)至公式(19)，分别构建步骤102的公式(1)至公式(3)：
Figure BDA0003648527300000133
Figure BDA0003648527300000141
Figure BDA0003648527300000142
需要说明的是，由于Lbsinσ＝Lacosσ，公式(1)中的第二支撑腿的支撑力、公式(2)中的第三支撑腿的支撑力、公式(3)中的第四支撑腿的支撑力符合公式(13)，并且在γ1＜0时，FwA2z＞0，四足机器人的本体处于稳定平衡状态，不会发生倾倒。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，根据四足机器人的本体坐标系变化，获得四足机器人的本体倾斜后，本体的质心在原本体坐标系中的坐标，并基于本体的质心变化，获得力矩平衡公式，进而确定第一支撑腿的支撑力、第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力，以保证四足机器人处于静平衡状态。
可选地，基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力还可以通过以下方式实现：
基于公式(4)至公式(6)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000143
Figure BDA0003648527300000144
Figure BDA0003648527300000145
其中，mB表示每条支撑腿的质量。
示例地，在考虑支撑腿的质量时，图4中的步骤1024的构建公式(1)至公式(3)可对应转换为上述公式(4)至公式(6)，具体可参照公式(17)至公式(19)原理，得到公式(4)至公式(6)：
参照公式(17)至公式(19)原理，分别构建公式(4)至公式(6)；
Figure BDA0003648527300000151
Figure BDA0003648527300000152
Figure BDA0003648527300000153
其中，每条支撑腿质量相等，mB表示每条支撑腿的质量，这里需要说明的是，由于第二支撑腿与第一支撑腿呈对角分布，第二支撑腿与第一支撑腿的重力相抵消，因此，FwA2z不需要考虑支撑腿的质量。
需要说明的是，公式(4)至公式(6)中涉及到的字母的含义，与上述公式(1)至公式(3)中对应字母的含义相同，本发明在此不再赘述。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，在对角倾斜调重心的基础上，考虑支撑腿的质量，所确定的第一支撑腿的支撑力、第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力更加精准，进而更准确的保证四足机器人处于静平衡状态。
进一步地，图7是本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法的流程示意图之三，如图7所示，在执行图4中的步骤1023之前，还包括以下步骤：
步骤1025、检验四足机器人的本体的新坐标系在原坐标系中的位姿。
示例地，在本体坐标系中，四足机器人处于图1所示初始状态时，第一支撑腿的腿基坐标系原点P1的坐标(XA1,YA1,ZA1)为(Lb,-La,0)，第二支撑腿的腿基坐标系原点P2的坐标(XA2,YA2,ZA2)为(-Lb,La,0)，第三支撑腿的腿基坐标系原点P3的坐标(XA3,YA3,ZA3)为(-Lb,-La,0)，第四支撑腿的腿基坐标系原点P4的坐标(XA4,YA4,ZA4)为(Lb,La,0)，支撑腿的腿基坐标系原点的坐标采用齐次矩阵表示时，在矩阵最后一行增加矩阵元素1，则P1采用齐次矩阵表示为
Figure BDA0003648527300000161
P2采用齐次矩阵表示为
Figure BDA0003648527300000162
P3采用齐次矩阵表示为
Figure BDA0003648527300000163
P4采用齐次矩阵表示为
Figure BDA0003648527300000164
利用位姿ATA0与P1、P2、P3、P4的坐标分别相乘，得到四足机器人的本体倾斜后，P1、P2、P3、P4在四足机器人原本体坐标系中的坐标AP1、AP2、AP3、AP4；
Figure BDA0003648527300000165
Figure BDA0003648527300000171
Figure BDA0003648527300000172
Figure BDA0003648527300000173
将公式(20)至公式(23)获得的坐标AP1、AP2、AP3、AP4相加，得到变换后新的OA点在原本体坐标系中的坐标为(0,0,0)，则位姿ATA0为准确的。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，通过对四足机器人的本体的新坐标系在原坐标系中的位姿进行检验，提高确定第一支撑腿的支撑力、第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力的准确性。
可选地，所述目标支撑腿包括第二支撑腿、第三支撑腿和第四支撑腿，所述目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿。
示例地，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿的上连杆和下连杆的姿态均同步发生变化，进而使第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部、第四支撑腿与本体的连接部同步沿与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿的方向移动预设距离，进而四足机器人的本体整体同步移动预设距离，这里需要说明的是，目标方向为图5所示的YA方向。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，通过同步调节第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿的腿部关节，控制第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿与本体的连接部同步侧向移动预设距离，进而使四足机器人的本体发生侧移，实现四足机器人的本体侧向平移调重心，四足机器人整体进行侧移，以保证调节过程中四足机器人的平稳性。
可选地，在目标支撑腿包括第二支撑腿、第三支撑腿和第四支撑腿的情况下，步骤102具体可通过以下方式实现：
基于公式(24)至公式(26)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态；
Figure BDA0003648527300000181
Figure BDA0003648527300000191
Figure BDA0003648527300000192
其中，ΔY表示预设距离。
示例地，在第一支撑腿抬起时，第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部、第四支撑腿与本体的连接部沿与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿的方向移动预设距离，则第二支撑腿的腿基坐标系原点的YA2坐标、第三支撑腿的腿基坐标系原点的YA3坐标和第四支撑腿的腿基坐标系原点的YA4坐标均增加ΔY,根据图5，确定绕P2P3轴的力矩平衡公式如公式(27)所示：
2FwA4zLb-MAgLb＝0 (27)
确定绕P2P4轴的力矩平衡公式如公式(28)所示：
2FwA3zLa-MAg(La-ΔY)＝0 (28)
确定绕P3P4轴的力矩平衡公式如公式(29)所示：
2FwA2zLacosσ-MAgΔYcosσ＝0 (29)
根据公式(27)至公式(29)，分别构建步骤102的公式(24)至公式(26)；
Figure BDA0003648527300000193
Figure BDA0003648527300000194
Figure BDA0003648527300000195
需要说明的是，公式(24)至公式(26)中涉及到的字母的含义，与上述公式(1)至公式(3)中对应字母的含义相同，本发明在此不再赘述。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，控制第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿与本体的连接部同步侧向移动预设距离，并根据移动预设距离，获得力矩平衡公式，进而确定第一支撑腿的支撑力、第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力，以保证四足机器人处于静平衡状态。
进一步地，在考虑支撑腿的质量时，构建公式(24)至公式(26)可对应转换为构建公式(30)至公式(32)，具体可通过以下方式实现：
参照公式(27)至公式(29)原理，分别构建步骤102的公式(30)至公式(32)；
Figure BDA0003648527300000201
Figure BDA0003648527300000202
Figure BDA0003648527300000203
其中，每条支撑腿质量相等，mB表示每条支撑腿的质量。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，在侧向平移调重心的基础上，考虑支撑腿的质量，所确定的第一支撑腿的支撑力、第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力更加精准，进而更准确的保证四足机器人处于静平衡状态。
可选地，图1中的步骤101具体可通过以下方式实现：
在控制四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且沿第一目标方向移动第一预设距离，第三支撑腿与所述本体的连接部和第四支撑腿与所述本体的连接部均沿所述第一目标方向移动第一预设距离；
其中，第三目标方向与第一支撑腿抬起的方向相反，第一目标方向与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿，第一目标方向即为图5所示的YA方向。
示例地，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节、第四支撑腿的腿部关节，使第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿的上连杆和下连杆的姿态均发生变化，进而使第二支撑腿与本体的连接部沿与第一支撑腿抬起的方向相反的方向移动第三预设距离，并且第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部、第四支撑腿与本体的连接部同步沿与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿的方向移动第一预设距离。
可选地，在第二支撑腿与本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且沿第一目标方向移动第一预设距离，第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离的情况下，步骤102具体可通过以下方式实现：
基于公式(33)至公式(35)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000211
Figure BDA0003648527300000212
Figure BDA0003648527300000213
其中，γ1表示所述第二支撑腿与所述本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure BDA0003648527300000214
Δz2表示沿第三目标方向移动的第三预设距离，ΔY表示沿第一目标方向移动的第一预设距离。
需要说明的是，公式(33)至公式(35)中涉及到的字母的含义，与上述公式(1)至公式(3)中对应字母的含义相同，本发明在此不再赘述。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，将对角倾斜与侧向平移相结合，对四足机器人的重心进行调整，实现控制四足机器人处于静平衡状态。
进一步地，在考虑支撑腿的质量时，步骤102中基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力可对应转换为通过以下方式实现：
基于公式(36)至公式(38)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000221
Figure BDA0003648527300000222
Figure BDA0003648527300000223
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，在对角倾斜与侧向平移相结合调重心的基础上，考虑支撑腿的质量，所确定的第一支撑腿的支撑力、第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力更加精准，进而更准确的保证四足机器人处于静平衡状态。
可选地，图1中的步骤101具体可通过以下方式实现：
在控制四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述本体的连接部、第三支撑腿与所述本体的连接部和第四支撑腿与所述本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离。
其中，第一目标方向与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿，第二目标方向为四足机器人的行驶方向，这里需要说明的是第一目标方向即为图5所示的YA方向，第二目标方向即为图5所示的XA方向。
示例地，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节、第四支撑腿的腿部关节，使第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿的上连杆和下连杆的姿态均发生变化，进而使第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部、第四支撑腿与本体的连接部同步沿与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿的方向移动第一预设距离，并且第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部、第四支撑腿与本体的连接部同步沿四足机器人的行驶方向移动第二预设距离。
可选地，在第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离的情况下，步骤102具体可通过以下方式实现：
基于公式(7)至公式(9)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000231
Figure BDA0003648527300000232
Figure BDA0003648527300000233
其中，ΔY表示沿第一目标方向移动的第一预设距离，ΔX表示沿第二目标方向移动的第二预设距离。
其中，由公式(7)可知，在前推量ΔX＞ΔYLb/La时，第二支撑腿的支撑力小于0。此时，四足机器人将向第一支撑腿方向倾倒。如果此时第一支撑腿未落地，第一支撑腿没有支撑力，则四足机器人发生倾倒。为了避免四足机器人倾倒，应减小前推量ΔX，因此发明中
Figure BDA0003648527300000241
需要说明的是，公式(7)至公式(9)中涉及到的字母的含义，与上述公式(1)至公式(3)中对应字母的含义相同，本发明在此不再赘述。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，采用向前平移与侧向平移相结合，实现侧前移调整四足机器人的重心，以控制四足机器人处于静平衡状态。
进一步地，在考虑支撑腿的质量时，步骤102中基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力可对应转换为通过以下方式实现：
基于公式(39)至公式(41)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000242
Figure BDA0003648527300000243
Figure BDA0003648527300000244
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，在侧前移调整四足机器人的重心的基础上，考虑支撑腿的质量，所确定的第一支撑腿的支撑力、第二支撑腿的支撑力、第三支撑腿的支撑力更加精准，进而更准确的保证四足机器人处于静平衡状态。
可选地，图1中的步骤101具体可通过以下方式实现：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且第二支撑腿与所述本体的连接部、第三支撑腿与所述本体的连接部和第四支撑腿与所述本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离。
其中，第三目标方向与第一支撑腿抬起的方向相反，第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，第二目标方向为四足机器人的行驶方向，这里需要说明的是第一目标方向即为图5所示的YA方向，第二目标方向即为图5所示的XA方向。
示例地，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节、第四支撑腿的腿部关节，使第二支撑腿、第三支撑腿、第四支撑腿的上连杆和下连杆的姿态均发生变化，进而使第二支撑腿与本体的连接部沿与第一支撑腿抬起的方向相反的方向移动第三预设距离，并且使第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部、第四支撑腿与本体的连接部同步沿与四足机器人的行驶方向垂直且背离第一支撑腿的方向移动第一预设距离，并且第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部、第四支撑腿与本体的连接部同步沿四足机器人的行驶方向移动第二预设距离。
可选地，在第二支撑腿与本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且第二支撑腿与本体的连接部、第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离的情况下，步骤102具体可通过以下方式实现：
基于公式(10)至公式(12)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000251
Figure BDA0003648527300000252
Figure BDA0003648527300000261
其中，γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure BDA0003648527300000262
Δz2表示所述第三预设距离。
需要说明的是，公式(10)至公式(12)中涉及到的字母的含义，与上述公式(1)至公式(3)中对应字母的含义相同，本发明在此不再赘述。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，将对角倾斜与侧前平移相结合，对四足机器人的重心进行调整，实现控制四足机器人处于静平衡状态。
进一步地，在考虑支撑腿的质量时，步骤102中基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力可对应转换为通过以下方式实现：
基于公式(42)至公式(44)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000263
Figure BDA0003648527300000264
Figure BDA0003648527300000265
本发明提供的四足机器人的平稳支撑方法，在对角倾斜与侧前平移相结合的基础上，考虑支撑腿的质量，使四足机器人处于静平衡状态。
图8是本发明提供的四足机器人的平稳支撑装置的结构示意图，所述四足机器人包括支撑腿和本体，如图8所示，该四足机器人的平稳支撑装置包括控制单元801和确定单元802；其中：
控制单元801，用于在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
确定单元802，用于基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人的本体处于静平衡状态。
本发明提供的四足机器人的平稳支撑装置，在四足机器人的第一支撑腿抬起时，通过调节四足机器人的目标支撑腿的腿部关节，使得目标支撑腿沿目标方向移动预设距离，进而使四足机器人的重心处于未抬起的三个支撑腿所形成的三角形区域，并基于移动预设距离调节其余三个支撑腿的支撑力，以使四足机器人处于静平衡状态。
基于上述任一实施例，所述目标支撑腿包括与所述第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，所述目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反。
基于上述任一实施例，所述确定单元802具体用于：
基于公式(1)至公式(3)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000271
Figure BDA0003648527300000272
Figure BDA0003648527300000273
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure BDA0003648527300000281
γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure BDA0003648527300000282
Δz2表示所述预设距离。
基于上述任一实施例，所述确定单元802具体用于：
基于公式(4)至公式(6)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000283
Figure BDA0003648527300000284
Figure BDA0003648527300000285
其中，mB表示每条支撑腿的质量。
基于上述任一实施例，所述调节单元801具体用于：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述本体的连接部、第三支撑腿与所述本体的连接部和第四支撑腿与所述本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向。
基于上述任一实施例，所述确定单元802具体用于：
基于公式(7)至公式(9)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000291
Figure BDA0003648527300000292
Figure BDA0003648527300000293
其中，ΔY表示所述第一预设距离，ΔX表示所述第二预设距离，
Figure BDA0003648527300000294
基于上述任一实施例，所述调节单元801具体用于：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且第二支撑腿与所述本体的连接部、第三支撑腿与所述本体的连接部和第四支撑腿与所述本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一支撑腿和所述第二支撑腿呈对角分布；
所述第三目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向。
基于上述任一实施例，所述确定单元802具体用于：
基于公式(10)至公式(12)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure BDA0003648527300000301
Figure BDA0003648527300000302
Figure BDA0003648527300000303
其中，γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure BDA0003648527300000304
Δz2表示所述第三预设距离。
图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行四足机器人的平稳支撑方法，该方法包括：在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的四足机器人的平稳支撑方法，该方法包括：在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的四足机器人的平稳支撑方法，该方法包括：在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种四足机器人的平稳支撑方法，其特征在于，所述方法包括：
在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态；
其中，所述目标支撑腿包括与所述第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，所述目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反；
所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(1)至公式(3)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000011
Figure FDA0004054254990000012
Figure FDA0004054254990000013
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure FDA0004054254990000021
γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure FDA0004054254990000022
Δz2表示所述预设距离。
2.一种四足机器人的平稳支撑方法，其特征在于，所述方法包括：
在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态；
其中，所述目标支撑腿包括与所述第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，所述目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反；
所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(4)至公式(6)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000023
Figure FDA0004054254990000024
Figure FDA0004054254990000025
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure FDA0004054254990000031
γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure FDA0004054254990000032
Δz2表示所述预设距离，mB表示每条支撑腿的质量。
3.一种四足机器人的平稳支撑方法，其特征在于，所述方法包括：
在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态；
其中，所述调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离，包括：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部、第三支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部和第四支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向；
所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(7)至公式(9)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000041
Figure FDA0004054254990000042
Figure FDA0004054254990000043
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿与所述第二支撑腿呈对角分布，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，ΔY表示所述第一预设距离，ΔX表示所述第二预设距离，
Figure FDA0004054254990000044
4.一种四足机器人的平稳支撑方法，其特征在于，所述方法包括：
在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人处于静平衡状态；
其中，所述调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离，包括：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部、第三支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部和第四支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一支撑腿和所述第二支撑腿呈对角分布；
所述第三目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向；
所述基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力，包括：
基于公式(10)至公式(12)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000051
Figure FDA0004054254990000061
Figure FDA0004054254990000062
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure FDA0004054254990000063
ΔY表示所述第一预设距离，ΔX表示所述第二预设距离，γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure FDA0004054254990000064
Δz2表示所述第三预设距离。
5.一种四足机器人的平稳支撑装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
确定单元，用于基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人的本体处于静平衡状态；
所述目标支撑腿包括与所述第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，所述目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反；
所述确定单元，具体用于基于公式(1)至公式(3)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000071
Figure FDA0004054254990000072
Figure FDA0004054254990000073
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure FDA0004054254990000074
γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure FDA0004054254990000081
Δz2表示所述预设距离。
6.一种四足机器人的平稳支撑装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
确定单元，用于基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人的本体处于静平衡状态；
所述目标支撑腿包括与所述第一支撑腿呈对角分布的第二支撑腿，所述目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反；
所述确定单元，具体用于：
基于公式(4)至公式(6)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000082
Figure FDA0004054254990000083
Figure FDA0004054254990000084
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure FDA0004054254990000091
γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure FDA0004054254990000092
Δz2表示所述预设距离，mB表示每条支撑腿的质量。
7.一种四足机器人的平稳支撑装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
确定单元，用于基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人的本体处于静平衡状态；
所述控制单元，具体用于：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部、第三支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部和第四支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向；
所述确定单元，具体用于：
基于公式(7)至公式(9)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000101
Figure FDA0004054254990000102
Figure FDA0004054254990000103
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿与所述第二支撑腿呈对角分布，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，ΔY表示所述第一预设距离，ΔX表示所述第二预设距离，
Figure FDA0004054254990000104
8.一种四足机器人的平稳支撑装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于在控制所述四足机器人的第一支撑腿抬起时，调节所述四足机器人的其余支撑腿中的目标支撑腿的腿部关节，使得所述目标支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿目标方向移动预设距离；
确定单元，用于基于所述预设距离确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；所述其余支撑腿的支撑力用于控制所述四足机器人的本体处于静平衡状态；
所述控制单元，具体用于：
调节所述四足机器人的第二支撑腿的腿部关节、第三支撑腿的腿部关节和第四支撑腿的腿部关节，使得第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离，且第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部、第三支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部和第四支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部均沿第一目标方向移动第一预设距离，并均沿第二目标方向移动第二预设距离；
其中，所述第一支撑腿和所述第二支撑腿呈对角分布；
所述第三目标方向与所述第一支撑腿抬起的方向相反，所述第一目标方向与所述四足机器人的行驶方向垂直且背离所述第一支撑腿，所述第二目标方向为所述四足机器人的行驶方向；
所述确定单元，具体用于：
基于公式(10)至公式(12)确定所述四足机器人的其余支撑腿的支撑力；
Figure FDA0004054254990000111
Figure FDA0004054254990000112
Figure FDA0004054254990000113
其中，FwA2z表示第二支撑腿的支撑力，FwA3z表示第三支撑腿的支撑力，FwA4z表示第四支撑腿的支撑力，所述第一支撑腿和所述第四支撑腿的质心连线与所述四足机器人的行驶方向垂直，MA表示所述四足机器人的本体的质量，g表示重力加速度，La表示所述第一支撑腿和所述第四支撑腿之间距离的一半，Lb表示所述第一支撑腿和所述第三支撑腿之间距离的一半，Lc表示所述四足机器人的本体的高度，σ表示所述第三支撑腿和第四支撑腿的质心连线与第三支撑腿和第一支撑腿的质心连线之间的夹角，
Figure FDA0004054254990000121
ΔY表示所述第一预设距离，ΔX表示所述第二预设距离，γ1表示所述第二支撑腿与所述四足机器人的本体的连接部沿第三目标方向移动第三预设距离后，所述四足机器人的本体绕第三支撑腿与本体的连接部和第四支撑腿与本体的连接部连线的旋转角度，
Figure FDA0004054254990000122
Δz2表示所述第三预设距离。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述四足机器人的平稳支撑方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述四足机器人的平稳支撑方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001079787A (ja) * 1999-09-08 2001-03-27 Agency Of Ind Science & Technol ４足型ロボット及び高運動歩容の制御方法
CN103085070B (zh) * 2013-01-15 2015-03-11 上海交通大学 面向复杂地形的四足机器人运动规划方法
CN105608268B (zh) * 2015-12-17 2019-03-08 中国北方车辆研究所 基于优化支撑比的足式机器人足端力分配方法
US10059392B1 (en) * 2016-06-27 2018-08-28 Boston Dynamics, Inc. Control of robotic devices with non-constant body pitch
CN107538490A (zh) * 2017-08-25 2018-01-05 哈尔滨理工大学 面向复杂地形的四足机器人运动规划方法
CN111506100B (zh) * 2020-06-15 2020-10-02 深圳市优必选科技股份有限公司 多足机器人关节控制方法、装置和多足机器人
CN111714208B (zh) * 2020-06-30 2023-08-22 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 手术机器人及其控制装置、控制方法
CN111913490B (zh) * 2020-08-18 2023-11-14 山东大学 基于落足调整的四足机器人动步态稳定控制方法及系统
CN112792807A (zh) * 2020-12-24 2021-05-14 深圳市优必选科技股份有限公司 机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人
CN112847354B (zh) * 2020-12-31 2022-05-17 国网智能科技股份有限公司 变电站足式机器人姿态调整方法、控制器、系统及机器人
CN113625735B (zh) * 2021-08-09 2023-11-10 山东大学 基于腿臂复用六足机器人的控制方法和机器人
CN113721649B (zh) * 2021-09-03 2023-06-02 中国北方车辆研究所 一种基于虚拟腿的四足机器人多支撑腿力分配方法
CN113934208B (zh) * 2021-09-14 2023-08-04 中国北方车辆研究所 一种被动轮式四足机器人轮滑步态控制方法

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