CN115194759A - 一种仿生四足机械猫的控制方法、装置以及控制设备 - Google Patents

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CN115194759A
CN115194759A CN202210494242.5A CN202210494242A CN115194759A CN 115194759 A CN115194759 A CN 115194759A CN 202210494242 A CN202210494242 A CN 202210494242A CN 115194759 A CN115194759 A CN 115194759A
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王彬
栾云龙
刘忠毓
张琳
雷洛
项盛奎
余五新
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Abstract

本申请提供了一种仿生四足机械猫的控制方法、装置以及控制设备，用于在设计一仿生四足机械猫的机械宠物的情况下，为其步态方面提供一套精细化的控制方法，如此可以结合其精细化的机械结构实现灵活的机械活动效果，较好地满足实际应用中广大潜在用户的机械宠物功能需求。方法包括：控制设备获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；控制设备在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；控制设备在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法。

Description

一种仿生四足机械猫的控制方法、装置以及控制设备
技术领域
本申请涉及宠物机器人领域，具体涉及一种仿生四足机械猫的控制方法、装置以及控制设备。
背景技术
目前，宠物领域消费潜力巨大，宠物主要包括真正宠物、电子宠物还有机械宠物，来满足用户一定程度的情感需求。
机械宠物，未存在真正宠物天然具有的生老病死的情况，对于一些宠物饲养环境不便还有难以接受宠物生老病死的用户而言，是一种不错的选择。
而在现有的相关技术的研究过程中，发明人发现，现有的机械宠物，普遍类似于玩具，其由于机械结构设计较为简单，而呈现出适用儿童的特点，显然，难以满足实际应用中广大潜在用户的机械宠物功能需求。
发明内容
本申请提供了一种仿生四足机械猫的控制方法、装置以及控制设备，用于在设计一仿生四足机械猫的机械宠物的情况下，为其步态方面提供一套精细化的控制方法，如此可以结合其精细化的机械结构实现灵活的机械活动效果，较好地满足实际应用中广大潜在用户的机械宠物功能需求。
第一方面，本申请提供了一种仿生四足机械猫的控制方法，方法包括：
控制设备获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；
控制设备在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；
控制设备在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法。
结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实现方式中，仿生四足机械猫的前腿和后腿都为五连杆结构，舵机转角的解算过程中，前腿的舵机的选配处理包括以下内容：
处理设备设OA为机架，各点均为铰接，F为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000021
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000022
在ΔDBC中：
Figure BDA0003631964880000023
则：
Figure BDA0003631964880000024
Figure BDA0003631964880000025
(此处求倾斜角)，
最后得：
F(xd+L7·cosθ，yd+L7·sinθ)＝F(xf，yf)；
控制设备在步态算法的基础上，结合前腿的力矩的量化公式计算前腿步态每个点的所需舵机力矩；
控制设备确定提供前腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机；
后腿的舵机的选配处理包括以下内容：
处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000031
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000032
最后有
Figure BDA0003631964880000033
控制设备在步态算法的基础上，结合后腿的力矩的量化公式计算后腿步态每个点的所需舵机力矩；
控制设备确定提供后腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机。
结合本申请第一方面第一种可能的实现方式，在本申请第一方面第二种可能的实现方式中，舵机转角的解算过程中，对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)有：
Figure BDA0003631964880000034
则有：
Figure BDA0003631964880000035
在ΔOFD中：
Figure BDA0003631964880000036
则：
θ2＝360°-90°-θ1-θ，
那么：
D(xd-L7·cosθ2，yd+L7·sinθ2)＝(xd，yd)，
易知：
Figure BDA0003631964880000041
(此处求倾斜角)，
则得：
C(xd-L4·cosθ2，yd+L4·sinθ2)＝(xc，yc)，
于是有：
Figure BDA0003631964880000042
Figure BDA0003631964880000043
在ΔABC中：
Figure BDA0003631964880000044
β＝-(β1+β2-π)；
控制设备使用上述公式，确定对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求；
对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)，
易得：
Figure BDA0003631964880000045
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000046
则：
Figure BDA0003631964880000047
(此处求倾斜角)
β＝π-β1-β2，
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000051
所以得：
C(x-L6·cosθ，y-L6·sinθ)＝(xc，yy)，
则：
Figure BDA0003631964880000052
最后在ΔODC中得：
Figure BDA0003631964880000053
控制设备使用上述公式，确定对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求。
结合本申请第一方面第二种可能的实现方式，在本申请第一方面第三种可能的实现方式中，舵机转角的解算过程中，还包括：
控制设备校核在仿生四足机械猫的站立过程中，脊柱的材料是否满足对应刚性强度的要求。
结合本申请第一方面第三种可能的实现方式，在本申请第一方面第四种可能的实现方式中，脊柱的材料是否满足刚性强度的要求的校核处理包括以下内容：
控制设备在有限元分析环境中，通过在脊柱的前后两个板间接触面施加向上2N的压力，模拟中间脊柱和舵机的重力转递到前后躯干的部分，最后网络化，得到最大应力和材料屈服力；
控制设备判断最大应力和材料屈服力两者是否满足刚性强度的要求。
结合本申请第一方面，在本申请第一方面第五种可能的实现方式中，方法还包括：
控制设备通过物联网模块获取仿生四足机械猫的目标运动位置；
控制设备以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置。
结合本申请第一方面第五种可能的实现方式，在本申请第一方面第六种可能的实现方式中，在控制设备以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置的过程中，包括以下内容：
控制设备通过超声波模块采集的超声波数据，判断前方运动方向上是否存在障碍物，若存在则进行避障处理；
以及，控制设备通过陀螺仪采集的姿态数据，判断仿生四足机械猫运动是否姿态失衡，若是则进行姿态平衡处理。
第二方面，本申请提供了一种仿生四足机械猫的控制装置，装置包括：
获取单元，用于获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；
模拟单元，用于在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；
解算单元，用于在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法。
结合本申请第二方面，在本申请第二方面第一种可能的实现方式中，仿生四足机械猫的前腿和后腿都为五连杆结构，舵机转角的解算过程中，前腿的舵机的选配处理包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，F为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000061
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000062
在ΔDBC中：
Figure BDA0003631964880000063
则：
Figure BDA0003631964880000064
Figure BDA0003631964880000065
(此处求倾斜角)，
最后得：
F(xd+L7·cosθ，yd+L7·sinθ)＝F(xf，yf)；
在步态算法的基础上，结合前腿的力矩的量化公式计算前腿步态每个点的所需舵机力矩；
确定提供前腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机；
后腿的舵机的选配处理包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000071
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000072
最后有
Figure BDA0003631964880000073
在步态算法的基础上，结合后腿的力矩的量化公式计算后腿步态每个点的所需舵机力矩；
确定提供后腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机。
结合本申请第二方面第一种可能的实现方式，在本申请第二方面第二种可能的实现方式中，舵机转角的解算过程中，对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)有：
Figure BDA0003631964880000074
则有：
Figure BDA0003631964880000081
在ΔOFD中：
Figure BDA0003631964880000082
则：
θ2＝360°-90°-θ1-θ，
那么：
D(xd-L7·cosθ2，yd+L7·sinθ2)＝(xd，yd)，
易知：
Figure BDA0003631964880000083
(此处求倾斜角)，
则得：
C(xd-L4·cosθ2，yd+L4·sinθ2)＝(xc，yc)，
于是有：
Figure BDA0003631964880000084
Figure BDA0003631964880000085
在ΔABC中：
Figure BDA0003631964880000086
β＝-(β1+β2-π)；
使用上述公式，确定对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求；
对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)，
易得：
Figure BDA0003631964880000091
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000092
则：
Figure BDA0003631964880000093
(此处求倾斜角)
β＝π-β1-β2，
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000094
所以得：
C(x-L6·cos，y-L6·sinθ)＝(xc，yy)，
则：
Figure BDA0003631964880000095
最后在ΔODC中得：
Figure BDA0003631964880000096
使用上述公式，确定对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求。
结合本申请第二方面第二种可能的实现方式，在本申请第二方面第三种可能的实现方式中，舵机转角的解算过程中，还包括：
校核在仿生四足机械猫的站立过程中，脊柱的材料是否满足对应刚性强度的要求。
结合本申请第二方面第三种可能的实现方式，在本申请第二方面第四种可能的实现方式中，脊柱的材料是否满足刚性强度的要求的校核处理包括以下内容：
在有限元分析环境中，通过在脊柱的前后两个板间接触面施加向上2N的压力，模拟中间脊柱和舵机的重力转递到前后躯干的部分，最后网络化，得到最大应力和材料屈服力；
判断最大应力和材料屈服力两者是否满足刚性强度的要求。
结合本申请第二方面，在本申请第二方面第五种可能的实现方式中，装置还包括运动装置，用于：
通过物联网模块获取仿生四足机械猫的目标运动位置；
以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置。
结合本申请第二方面第五种可能的实现方式，在本申请第二方面第六种可能的实现方式中，在以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置的过程中，包括以下内容：
通过超声波模块采集的超声波数据，判断前方运动方向上是否存在障碍物，若存在则进行避障处理；
以及，通过陀螺仪采集的姿态数据，判断仿生四足机械猫运动是否姿态失衡，若是则进行姿态平衡处理。
第三方面，本申请提供了一种控制设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机程序时执行本申请第一方面或者本申请第一方面任一种可能的实现方式提供的方法。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有多条指令，指令适于处理器进行加载，以执行本申请第一方面或者本申请第一方面任一种可能的实现方式提供的方法。
从以上内容可得出，本申请具有以下的有益效果：
针对于仿生四足机械猫较为复杂的机械结构，本申请由控制设备获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹，再在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果，继续在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法，在这过程中，通过仿生四足机械猫的运动模拟，确定出可以适配其机械结构特性的步态算法，如此为仿生四足机械猫的步态方面提供一套精细化的控制方法，可以结合其精细化的机械结构实现灵活的机械活动效果，较好地满足实际应用中广大潜在用户的机械宠物功能需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请仿生四足机械猫的控制方法的一种流程示意图；
图2为本申请仿生四足机械猫的一种运动示意图；
图3为本申请仿生四足机械猫的又一种运动示意图；
图4为本申请步态算法的一种场景示意图；
图5为本申请仿生四足机械猫的一种结构示意图；
图6为本申请五连杆结构的一种结构示意图；
图7为本申请前腿运动学分析的一种场景示意图；
图8为本申请后腿运动学分析的又一种场景示意图；
图9为本申请前腿运动学分析的一种场景示意图；
图10为本申请后腿运动学分析的又一种场景示意图；
图11为本申请仿生四足机械猫的控制装置的一种结构示意图；
图12为本申请控制设备的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本申请中出现的对步骤进行的命名或者编号，并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间/逻辑先后顺序执行方法流程中的步骤，已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。
本申请中所出现的模块的划分，是一种逻辑上的划分，实际应用中实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合成或集成在另一个系统中，或一些特征可以忽略，或不执行，另外，所显示的或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块之间的间接耦合或通信连接可以是电性或其他类似的形式，本申请中均不作限定。并且，作为分离部件说明的模块或子模块可以是也可以不是物理上的分离，可以是也可以不是物理模块，或者可以分布到多个电路模块中，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本申请方案的目的。
在介绍本申请提供的仿生四足机械猫的控制方法之前，首先介绍本申请所涉及的背景内容。
本申请提供的仿生四足机械猫的控制方法、装置以及计算机可读存储介质，可应用于控制设备，用于在设计一仿生四足机械猫的机械宠物的情况下，为其步态方面提供一套精细化的控制方法，如此可以结合其精细化的机械结构实现灵活的机械活动效果，较好地满足实际应用中广大潜在用户的机械宠物功能需求。
本申请提及的仿生四足机械猫的控制方法，其执行主体可以为仿生四足机械猫的控制装置，或者集成了该仿生四足机械猫的控制装置的服务器、物理主机、用户设备(UserEquipment，UE)甚至仿生四足机械猫本身等不同类型的设备。其中，仿生四足机械猫的控制装置可以采用硬件或者软件的方式实现，UE具体可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或者个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等终端设备，控制设备可以通过设备集群的方式设置。
作为一个实例，控制设备具体可以为与仿生四足机械猫本体相配套的控制部分，供用户对仿生四足机械猫本体进行远程控制，控制设备其还可以为手持设备形式配置。
作为又一个实例，控制设备还可以是植入仿生四足机械猫的控制部分，与用户侧的相关设备进行无线通信来对仿生四足机械猫进行控制。
下面，开始介绍本申请提供的仿生四足机械猫的控制方法。
首先，参阅图1，图1示出了本申请仿生四足机械猫的控制方法的一种流程示意图，本申请提供的仿生四足机械猫的控制方法，具体可包括如下步骤S101至步骤S103：
步骤S101，控制设备获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；
可以理解的是，对于本申请所涉及仿生四足机械猫的控制方法方面，本申请主要是从其最初的步态算法方面的配置处理说明的。
在该情况下，仿生四足机械猫的控制设备，不仅可以应用于在实际应用中关于仿生四足机械猫的工作状态的控制方面，还可以应用于仿生四足机械猫在投入实际应用之前的相关配置处理，如最初的步态算法方面的配置处理。
而对于步态算法方面的配置处理，本申请在配置步态算式时，是从规划仿生四足机械猫的运动轨迹开始的，记为预设运动轨迹。
该预设运动轨迹，为从理论上，或者说在预测角度上，为仿生四足机械猫的运动结构所规划的运动轨迹，其对应了仿生四足机械猫模拟猫类动物的运动。
其中，该预设运动轨迹，既可以是由用户录入数据的用户操作，也可以是预设运动轨迹的数据的调取工作(可以从本地或者其他设备处调取)，具体可以随实际需要调整，在此不做具体限定。
步骤S102，控制设备在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；
而在获取了仿生四足机械猫的预设运动轨迹的数据后，控制设备则可基于该数据，投入仿生四足机械猫的运动的模拟。
可以理解的是，在模拟仿生四足机械猫做出预设运动轨迹的运动的过程中，可涉及到对仿生四足机械猫的相关运动结构的调整，如此，也就需要仿生四足机械猫的结构数据的数据支持，也就是说，要在搭建的软件层面的模拟环境中，结合仿生四足机械猫的结构数据还有预设运动轨迹来进行仿生四足机械猫的运动模拟。
而在运动模拟的过程中，则可观测、记录下仿生四足机械猫的相关运动参数，记为模拟结果，而在模拟结果中则具体可以包含运动姿态、运动组件工作状态等随实际情况配置的参数。
步骤S103，控制设备在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法。
容易理解，本申请所涉及的仿生四足机械猫，其运动是由相关舵机进行实现的，通过舵机转角的调整，来调整仿生四足机械猫的足端的空间姿态或者说步态，进而促使仿生四足机械猫还原猫类动物的运动过程。
而对应于舵机转角的调整工作，则需要设置适配的控制算法，即本申请提及的步态算法。
关于该步态算法，则需结合之前仿生四足机械猫的运动模拟的模拟结果，来结合实际舵机转角的工作控制，对舵机转角进行解算、解析，如此得到最终的步态控制内容，形成后续可以进行加载来控制舵机工作状态的步态算法。
作为上述内容的一个实例，针对仿生四足机械猫(也可以称为猫咪)的步态分析可以有以下内容。
参照图2示出的本申请仿生四足机械猫的一种运动示意图，仿生四足机械猫慢走过程始终保持三脚着地，而慢跑时则为两脚着地状态，由于肌肉的弹跳作用，仿生四足机械猫通过同侧脚即可保持平衡，而考虑到机械猫的刚性特点，这里采用更稳定的三脚着地步态来完成行走，于是设计出如下步态规划：
足端运动轨迹设计为椭圆弧和直线，并将其分为四段，弧形轨迹单独为一段，直线轨迹分三段，以抬脚为节点的话，步态顺序即为右前腿—左后腿—左前腿—右后退—右前腿...并以此循环，如图3示出的本申请仿生四足机械猫的又一种运动示意图，四个图形为一组，分辨代表四足的轨迹，箭头表示即将从上一个点往下一个点移动。
最后，可以采用SolidWorks Motion插件来作为一种现成的模拟环境，对该方案进行仿真，将步态轨迹输入在装配体中，与足端轨迹配合，使用运动算例进行对舵机转角进行解算，整理数据取出关键帧后写入程序算法完成步态，最后计算结果可以参考图4示出的本申请步态算法的一种场景示意图。
从图1所示实施例可看出，针对于仿生四足机械猫较为复杂的机械结构，本申请由控制设备获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹，再在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果，继续在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法，在这过程中，通过仿生四足机械猫的运动模拟，确定出可以适配其机械结构特性的步态算法，如此为仿生四足机械猫的步态方面提供一套精细化的控制方法，可以结合其精细化的机械结构实现灵活的机械活动效果，较好地满足实际应用中广大潜在用户的机械宠物功能需求。
继续对上述图1所示实施例的各个步骤及其在实际应用中可能的实现方式进行详细阐述。
具体的，在舵机转角的解算过程中，可以涉及到足端的受力分析。
为了让仿生四足机械猫正常站立并能够承受一定的负载，伺服电机的力矩性能，需要通过分析舵机力矩传递到足端的作用力的效率分析，来遍历、解算仿生四足机械猫各个动作姿势所需要的电机力矩，进而确定最终选配的舵机配件。
在具体应用中，参考图5示出的本申请仿生四足机械猫的一种结构示意图还有图6示出的本申请五连杆结构的一种结构示意图，本申请仿生四足机械猫的前腿和后腿具体都可以为五连杆结构(五连杆设计)，所以主要通过针对五连杆结构的分析来对结构进行校核，对各个连杆的姿态关系与舵机的力矩分析其关系，可构建相关公式的程序参数并由设备进行解算仿真。
具体的，作为一种适于实用的实现方式，本申请仿生四足机械猫的前腿和后腿都为五连杆结构，而舵机转角的解算过程中，结合图7示出的前腿运动学分析的一种场景示意图，前腿的舵机的选配处理具体可以包括以下内容：
1.处理设备设OA为机架，各点均为铰接，F为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000151
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000152
在ΔDBC中：
Figure BDA0003631964880000161
则：
Figure BDA0003631964880000162
Figure BDA0003631964880000163
(此处求倾斜角)，
最后得：
F(xd+L7·cosθ，yd+L7·sinθ)＝F(xf，yf)；
2.控制设备在步态算法的基础上，结合前腿的力矩的量化公式计算步态每个点的所需舵机力矩；
在对力矩进行分析后，则可结合步态算法还原的运动过程，来计算出步态每个点的所需舵机力矩，如此为后续的舵机选配提供精准的数据依据。
3.控制设备确定提供前腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机。
而在确定了态每个点的所需舵机力矩后，则可选择可以满足所需的舵机，作为最终选用的目标舵机。
类似的，结合图8示出的后腿运动学分析的一种场景示意图，后腿的舵机的选配处理具体可以包括以下内容：
1.处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000164
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000165
最后有
Figure BDA0003631964880000166
2.控制设备在步态算法的基础上，结合后腿的力矩的量化公式计算后腿步态每个点的所需舵机力矩；
3.控制设备确定提供后腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机。
作为此处的一个实例，本申请可以将力矩分析公式转化为程序在MATLAB利用计算机对步态的每个点进行计算，可校核舵机力矩需要4.68kg/cm左右的力矩传递到足端后才满足整体站立的要求，据此来选择5kg/cm的舵机来作为仿生四足机械猫的运动结构的动力源。
此外，在舵机转角的解算过程中，还可以继续涉及到运动学正解分析。
为了让仿生四足机械猫能够正常步态行走和行为动作，需要通过控制舵机的转角来让五连杆结构的最末端满足预设运动轨迹的轨迹要求，为了实现仿生四足机械猫的移动控制，必须得到四足结构的运动学方程，通过对运动学的正解来验算两个舵机转角是否能够让足端到达指定位置，即算得足端坐标与两个角度的关系。
同时另一方面，一般伺服电机无法做到高转速高力矩的能量输出，所以需要平衡力矩与转速之间的关系，应使电机的角速度在一个步态周期内尽可能小，这样既可以降低对电机性能要求，又可以避免因角速度过大，而造成电机伺服系统无法及时做出反应是控制失真的情况。
具体的，作为又一种适于实用的实现方式，舵机转角的解算过程中，结合图9示出的本申请前腿的运动学分析的又一种场景示意图，对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解具体可以包括以下内容：
处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)有：
Figure BDA0003631964880000171
则有：
Figure BDA0003631964880000172
在ΔOFD中：
Figure BDA0003631964880000181
则：
θ2＝360°-90°-θ1-θ，
那么：
D(xd-L7·cosθ2，yd+L7·sinθ2)＝(xd，yd)，
易知：
Figure BDA0003631964880000182
(此处求倾斜角)，
则得：
C(xd-L4·cosθ2，yd+L4·sinθ2)＝(xc，yc)，
于是有：
Figure BDA0003631964880000183
Figure BDA0003631964880000184
在ΔABC中：
Figure BDA0003631964880000185
β＝-(β1+β2-π)；
控制设备使用上述公式，确定对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求。
类似的，结合图10示出的本申请后腿的运动学分析的又一种场景示意图，对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解具体可以包括以下内容：
处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)，
易得：
Figure BDA0003631964880000186
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000191
则：
Figure BDA0003631964880000192
(此处求倾斜角)
β＝π-β1-β2，
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000193
所以得：
C(x-L6·cosθ，y-L6·sinθ)＝(xc，yy)，
则：
Figure BDA0003631964880000194
最后在ΔODC中得：
Figure BDA0003631964880000195
控制设备使用上述公式，确定对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求。
作为一个实例，对于此处实施例内容所涉及的五连杆运动学分析，主要可以利用运动学正解，通过舵机的转角来求出足端的具体坐标，并在计算机上进行轨迹绘图，验算从SolidWorks收敛解算的函数结果，其核心问题仍然与动力分析一样，首先通过五连杆各边长度和两个确定角度来求出其它各边唯一解，在上一节，五连杆机构足端受力分析中已经给出解五边形的方法，在这里不再赘述，如上面的具体解算过程。
作为又一个实例，附上两个函数matlab的解算代码：
正解运算，L1、L2、L3、L4、L5均为杆长，LLeg为L6或者L7杆长，
若计算前腿则leg值为0，后腿为1，alpha，beta，为舵机臂到水平的角度，
function[x，y]＝PositiveMotion(leg，alpha，beta，L1，L2，L3，L4，L5，Lleg，Fplot)
alpha＝deg2rad(alpha)
beta＝deg2rad(beta)
Xb＝-L5-L2*cos(beta)
Yb＝L2*sin(beta)
Xd＝L1*cos(alpha)
Yd＝L1*sin(alpha)
fi_＝myarctan((Yd-Yb),(Xd-Xb))
DB＝((Xd-Xb)^2+(Yd-Yb)^2)^0.5
fi＝acos((DB^2+L3^2-L4^2)/(2*DB*L3))
Xc＝Xb+L3*cos(fi+fi_)
Yc＝Yb+L3*sin(fi+fi_)
ifleg＝＝0
theta＝myarctan((Yd-Yc),(Xd-Xc))
x＝Xd+Lleg*cos(theta)
y＝Yd+Lleg*sin(theta)
Xa＝-L5；
Ya＝0；
elseifleg＝＝1
x＝Xb+(L3+Lleg)*cos(fi+fi_)
y＝Yb+(L3+Lleg)*sin(fi+fi_)
Xa＝-L5；
Ya＝0；
end
ifFplot＝＝1
holdon
plot(([x,Xc,Xb,Xa,0,Xd,Xc]+200).*-1,[y,Yc,Yb,Ya,0,Yd,Yc].*-1)
holdoff
elseifFplot＝＝2
holdon
plot(([x,Xc,Xb,Xa,0,Xd,Xc]+200).*-1,([y,Yc,Yb,Ya,0,Yd,Yc]+200).*-1)
holdoff
elseifFplot＝＝3
holdon
plot([x,Xc,Xb,Xa,0,Xd,Xc].*-1,[y,Yc,Yb,Ya,0,Yd,Yc].*-1)
holdoff
elseifFplot＝＝4
holdon
plot([x,Xc,Xb,Xa,0,Xd,Xc].*-1,([y,Yc,Yb,Ya,0,Yd,Yc]+200).*-1)
holdoff
end
set(gca,'XTickLabel',{'0','10','20','30','40','50','60','70','80','90','100','110','120','130','140','150','160','170'})；
set(gca,'YTickLabel',{'0','10','20','30','40','50','60','70','80','90','100','110','120','130','140','150','160','170'})；
end
逆解运算，L1、L2、L3、L4、L5均为杆长，LLeg为L6或者L7杆长
若计算前腿则leg值为0，后腿为1，xy为足端坐标
function[alpha,beta]＝InverseMotion(leg,x,y,L1,L2,L3,L4,L5,Lleg)
ifleg＝＝1
AE＝((x+L5)^2+y^2)^(1/2)
beta_1＝acos((AE^2+L2^2-(L3+Lleg)^2)/(2*AE*L2))
beta_2＝myarctan((y-0),(x+L5))
beta＝-((beta_1+beta_2)-pi)
theta＝acos((L2^2+(L3+Lleg)^2-AE^2)/(2*L2*(L3+Lleg)))-beta
Xc＝x-Lleg*cos(theta)
Yc＝y-Lleg*sin(theta)
OC＝(Xc^2+Yc^2)^(1/2)
alpha＝myarctan(Yc,Xc)-acos((L1^2+OC^2-L4^2)/(2*L1*OC))
Xa＝-L5
Ya＝0
Xb＝-L5-L2*cos(beta)
Yb＝L2*sin(beta)
Xd＝L1*cos(alpha)
Yd＝L1*sin(alpha)
alpha＝rad2deg(alpha)
beta＝rad2deg(beta)
figure()
plot([x,Xc,Xb,Xa,0,Xd,Xc].*-1,[y,Yc,Yb,Ya,0,Yd,Yc].*-1)
elseifleg＝＝0
theta_1＝(pi/2)-myarctan(y,x)
OF＝(x^2+y^2)^(1/2)
theta＝acos((OF^2+Lleg^2-L1^2)/(2*OF*Lleg))
theta_2＝2*pi-pi/2-theta-theta_1
Xd＝x+Lleg*cos(theta_2)
Yd＝y+Lleg*sin(theta_2)
alpha＝myarctan(Yd,Xd)
Xc＝Xd+L4*cos(theta_2)
Yc＝Yd+L4*sin(theta_2)
beta_2＝myarctan(Yc,Xc+L5)
AC＝((Xc+L5)^2+Yc^2)^(1/2)
beta_1＝acos((AC^2+L2^2-L3^2)/(2*AC*L2))
beta＝-((beta_1+beta_2)-pi)
Xa＝-L5
Ya＝0
Xb＝-L5+L2*cos(beta_1+beta_2)
Yb＝L2*sin(beta_1+beta_2)
alpha＝rad2deg(alpha)
beta＝rad2deg(beta)
figure()
plot([x,Xd,Xc,Xb,Xa,0,Xd].*-1,[y,Yd,Yc,Yb,Ya,0,Yd].*-1)
end
set(gca,'XTickLabel',{'0','10','20','30','40','50','60','70','80','90','100','110','120','130','140','150','160','170'})；
set(gca,'YTickLabel',{'0','10','20','30','40','50','60','70','80','90','100','110','120','130','140','150','160','170'})；
end
此外，在舵机转角的解算过程中，还可以继续涉及到脊柱材料强度的解算分析。
具体的，在仿生四足机械猫站立过程中，中间与前后躯干梁相连的脊柱刚性强度要求较高，需要对该部分的材料进行强度校核，以达到满足基本的站立、行走要求。对应的，作为又一种适于实用的实现方式，在舵机转角的解算过程中，还可以包括以下内容：
控制设备校核在仿生四足机械猫的站立过程中，脊柱的材料是否满足对应刚性强度的要求。
进一步的，作为又一种适于实用的实现方式，此处脊柱的材料是否满足刚性强度的要求的校核处理具体可以包括以下内容：
控制设备在有限元分析环境中，通过在脊柱的前后两个板间接触面施加向上2N的压力，模拟中间脊柱和舵机的重力转递到前后躯干的部分，最后网络化，得到最大应力和材料屈服力；
控制设备判断最大应力和材料屈服力两者是否满足刚性强度的要求。
作为一个实例，对于脊柱部分的应力，本申请可以采用SolidWokrs的Simulation插件进行有限元分析解算，首先在其应用环境中模拟固定中间部分，该部分在实际的环境中不会应为应力过大而形变，在前后两个板间接触面施加向上2N左右的压力，模拟中间脊柱和舵机的重力转递到前后躯干的部分，最后网络化，解算结果中结构最大应力为2.898e+02，该材料屈服力为6.000e+07。
在配置了仿生四足机械猫的相关参数后，则可投入实际使用，向用户提供机械宠物的情感陪伴服务功能，在该过程中，则可由控制设备完成仿生四足机械猫的工作控制，而其涉及的运动则是由上述解算得到的步态算法进行实现的。
而作为又一种适于实用的实现方式，本申请仿生四足机械猫的工作控制，具体还可以结合物联网应用场景进行更为灵活的应用，如具体的5G物联网应用场景。
对应的，本申请仿生四足机械猫的工作控制可以包括以下内容：
控制设备通过物联网模块获取仿生四足机械猫的目标运动位置；
控制设备以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置。
可以理解，物联网模块是指在物联网应用场景下配置的通信模块，通过其部署的物联网通信网络，来获取平台下发的工作控制指令，以运动为例，其可以下发仿生四足机械猫的目标运动位置，如此本地的控制设备收到该目标运动位置的工作指令后，则可在步态算法的支持下，控制仿生四足机械猫朝该目标运动位置运动直至到达该目标运动位置，完成一次运动控制。
而在运动过程中，作为一个实例，仿生四足机械猫由DS041MG舵机提供动力源，通过PCA9685进行驱动，将SolidWorks运动解算数据(步态算法)整理成8*n的角度矩阵，将数组写入程序中进行循环，结合产品和用户需求，可以对数组进行关键帧的遍历，并在执行每一列的角度后进行延迟保证每个舵机在延迟内均达到要求的角度，然后进行下一帧，此时可达到舵机的转动，每两个舵机为一组配合，带动每组的五连杆机构按照运动学正解原理进行行走。
另一方面，在步态过程中预想通过脊柱牵引前后躯干进行转向，于是可以设计在转向方向的前脚抬起的同时进行转向，例如：要向左转，当步态进行到左前脚离地的同时，微微转动脊柱舵机对前后躯干进行拉伸，此时仿生四足机械猫将以右前角为力点向左转动，在平衡将要失去的同时，左前脚站立地面撑起躯干。
此外，在具体的运动过程中，还可结合周围环境继续进行优化调整，达到调整运动细节、合理运动的优化效果。
具体的，作为又一种适于实用的实现方式，在控制设备以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置的过程中，可以包括以下内容：
控制设备通过超声波模块采集的超声波数据，判断前方运动方向上是否存在障碍物，若存在则进行避障处理；
以及，控制设备通过陀螺仪采集的姿态数据，判断仿生四足机械猫运动是否姿态失衡，若是则进行姿态平衡处理。
可以理解，超声波数据可以反映仿生四足机械猫的周遭环境的结构特性，如此可以判断前方运动方向上是否可以存在障碍物，而姿态数据则可以反映仿生四足机械猫的姿态特征，如此可以为姿态纠正、姿态自动平衡提供数据依据，结合两者，完善了运动过程中的细节方面，可更为稳定可靠地完成仿生四足机械猫的运动。
以上是本申请提供仿生四足机械猫的控制方法的介绍，为便于更好的实施本申请提供的仿生四足机械猫的控制方法，本申请还从功能模块角度提供了一种仿生四足机械猫的控制装置。
参阅图11，图11为本申请仿生四足机械猫的控制装置的一种结构示意图，在本申请中，仿生四足机械猫的控制装置1100具体可包括如下结构：
获取单元1101，用于获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；
模拟单元1102，用于在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；
解算单元1103，用于在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法。
在一种示例性的实现方式中，仿生四足机械猫的前腿和后腿都为五连杆结构，舵机转角的解算过程中，前腿的舵机的选配处理包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，F为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000251
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000252
在ΔDBC中：
Figure BDA0003631964880000261
则：
Figure BDA0003631964880000262
Figure BDA0003631964880000263
(此处求倾斜角)，
最后得：
F(xd+L7·cosθ，yd+L7·sinθ)＝F(xf，yf)；
在步态算法的基础上，结合前腿的力矩的量化公式计算前腿步态每个点的所需舵机力矩；
确定提供前腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机；
后腿的舵机的选配处理包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，alpha与beta为已知量。设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure BDA0003631964880000264
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure BDA0003631964880000265
最后有
Figure BDA0003631964880000266
在步态算法的基础上，结合后腿的力矩的量化公式计算后腿步态每个点的所需舵机力矩；
确定提供后腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机。
在又一种示例性的实现方式中，舵机转角的解算过程中，对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)有：
Figure BDA0003631964880000271
则有：
Figure BDA0003631964880000272
在ΔOFD中：
Figure BDA0003631964880000273
则：
θ2＝360°-90°-θ1-θ，
那么：
D(xd-L7·cosθ2，yd+L7·sinθ2)＝(xd，yd)，
易知：
Figure BDA0003631964880000274
(此处求倾斜角)，
则得：
C(xd-L4·cosθ2，yd+L4·sinθ2)＝(xc，yc)，
于是有：
Figure BDA0003631964880000275
Figure BDA0003631964880000276
在ΔABC中：
Figure BDA0003631964880000277
β＝-(β1+β2-π)；
使用上述公式，确定对于前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求；
对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)，
易得：
Figure BDA0003631964880000281
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000282
则：
Figure BDA0003631964880000283
(此处求倾斜角)
β＝π-β1-β2，
在ΔAEB中：
Figure BDA0003631964880000284
所以得：
C(x-L6·cosθ，y-L6·sinθ)＝(xc，yy)，
则：
Figure BDA0003631964880000285
最后在ΔODC中得：
Figure BDA0003631964880000286
使用上述公式，确定对于后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求。
在又一种示例性的实现方式中，舵机转角的解算过程中，还包括：
校核在仿生四足机械猫的站立过程中，脊柱的材料是否满足对应刚性强度的要求。
在又一种示例性的实现方式中，脊柱的材料是否满足刚性强度的要求的校核处理包括以下内容：
在有限元分析环境中，通过在脊柱的前后两个板间接触面施加向上2N的压力，模拟中间脊柱和舵机的重力转递到前后躯干的部分，最后网络化，得到最大应力和材料屈服力；
判断最大应力和材料屈服力两者是否满足刚性强度的要求。
在又一种示例性的实现方式中，装置还包括运动装置804，用于：
通过物联网模块获取仿生四足机械猫的目标运动位置；
以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置。
在又一种示例性的实现方式中，在以步态算法控制仿生四足机械猫运动至目标运动位置的过程中，包括以下内容：
通过超声波模块采集的超声波数据，判断前方运动方向上是否存在障碍物，若存在则进行避障处理；
以及，通过陀螺仪采集的姿态数据，判断仿生四足机械猫运动是否姿态失衡，若是则进行姿态平衡处理。
本申请还从硬件结构角度提供了一控制设备，参阅图12，图12示出了本申请控制设备的一种结构示意图，具体的，本申请控制设备可包括处理器1201、存储器1202以及输入输出设备1203，处理器1201用于执行存储器1202中存储的计算机程序时实现如图1对应实施例中方法的各步骤；或者，处理器1201用于执行存储器1202中存储的计算机程序时实现如图11对应实施例中各单元的功能，存储器1202用于存储处理器1201执行上述图1对应实施例中方法所需的计算机程序。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器1202中，并由处理器1201执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。
控制设备可包括，但不仅限于处理器1201、存储器1202、输入输出设备1203。本领域技术人员可以理解，示意仅仅是控制设备的示例，并不构成对控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制设备还可以包括网络接入设备、总线等，处理器1201、存储器1202、输入输出设备1203等通过总线相连。
处理器1201可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是控制设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个设备的各个部分。
存储器1202可用于存储计算机程序和/或模块，处理器1201通过运行或执行存储在存储器1202内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器1202内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器1202可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据控制设备的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
处理器1201用于执行存储器1202中存储的计算机程序时，具体可实现以下功能：
获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；
在仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟仿生四足机械猫进行预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；
在模拟结果中，对仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到仿生四足机械猫的步态算法，步态算法是指仿生四足机械猫完成预设运动轨迹时舵机转角的控制算法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的仿生四足机械猫的控制装置、控制设备及其相应单元的具体工作过程，可以参考如图1对应实施例中仿生四足机械猫的控制方法的说明，具体在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本申请提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本申请如图1对应实施例中仿生四足机械猫的控制方法的步骤，具体操作可参考如图1对应实施例中仿生四足机械猫的控制方法的说明，在此不再赘述。
其中，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取记忆体(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。
由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本申请如图1对应实施例中仿生四足机械猫的控制方法的步骤，因此，可以实现本申请如图1对应实施例中仿生四足机械猫的控制方法所能实现的有益效果，详见前面的说明，在此不再赘述。
以上对本申请提供的仿生四足机械猫的控制方法、装置、控制设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种仿生四足机械猫的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
控制设备获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；
所述控制设备在所述仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟所述仿生四足机械猫进行所述预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；
所述控制设备在所述模拟结果中，对所述仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到所述仿生四足机械猫的步态算法，所述步态算法是指所述仿生四足机械猫完成所述预设运动轨迹时所述舵机转角的控制算法。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿生四足机械猫的前腿和后腿都为五连杆结构，所述舵机转角的解算过程中，所述前腿的舵机的选配处理包括以下内容：
所述处理设备设OA为机架，各点均为铰接，F为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yd)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure FDA0003631964870000011
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure FDA0003631964870000012
在ΔDBC中：
Figure FDA0003631964870000013
则：
Figure FDA0003631964870000015
Figure FDA0003631964870000014
(此处求倾斜角)，
最后得：
F(xd+L7·cosθ，yd+L7·sinθ)＝F(xf，yf)；
所述控制设备在所述步态算法的基础上，结合所述前腿的力矩的量化公式计算所述前腿步态每个点的所需舵机力矩；
所述控制设备确定提供所述前腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机；
所述后腿的舵机的选配处理包括以下内容：
所述处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，alpha与beta为已知量，设O(x，y)，则有A(-L5，0)，
易得：
B(-L5-L2·cosβ，L2·sinβ)＝(xb，yb)
D(L1·cosα，L1·sinα)＝(xd，yd)，
则：
Figure FDA0003631964870000021
(此处求倾斜角)，
那么：
Figure FDA0003631964870000022
最后有
Figure FDA0003631964870000023
所述控制设备在所述步态算法的基础上，结合所述后腿的力矩的量化公式计算所述后腿步态每个点的所需舵机力矩；
所述控制设备确定提供所述后腿步态每个点的所需舵机力矩的目标舵机。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述舵机转角的解算过程中，对于所述前腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
所述处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝100mm，L2＝24mm，L3＝80mm，L4＝30，L5＝30mm，L7＝90mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)有：
Figure FDA0003631964870000024
则有：
Figure FDA0003631964870000037
在ΔOFD中：
Figure FDA0003631964870000031
则：
θ2＝360°-90°-θ1-θ，
那么：
D(xd-L7·cosθ2，yd+L7·sinθ2)＝(xd，yd)，
易知：
Figure FDA0003631964870000032
(此处求倾斜角)，
则得：
C(xd-L4·cosθ2，yd+L4·sinθ2)＝(xc，yc)，
于是有：
Figure FDA0003631964870000033
Figure FDA0003631964870000034
在ΔABC中：
Figure FDA0003631964870000035
β＝-(β1+β2-π)；
所述控制设备使用上述公式，确定对于所述前腿两个舵机转角是否满足所述让所述足端到达指定位置的要求；
对于所述后腿两个舵机转角是否满足让足端到达指定位置的要求的运动学正解包括以下内容：
所述处理设备设OA为机架，各点均为铰接，E为足端点，CF为一根杆，D为杆上铰接点，设L1＝70mm，L2＝70mm，L3＝70mm，L4＝70，L5＝30mm，L6＝45mm，F(x，y)为已知量，则A(-L5，0)，
易得：
Figure FDA0003631964870000036
在ΔAEB中：
Figure FDA0003631964870000041
则：
Figure FDA0003631964870000042
(此处求倾斜角)
β＝π-β1-β2，
在ΔAEB中：
Figure FDA0003631964870000043
所以得：
C(x-L6·cosθ，y-L6·sinθ)＝(xc，yy)，
则：
Figure FDA0003631964870000044
最后在ΔODC中得：
Figure FDA0003631964870000045
所述控制设备使用上述公式，确定对于所述后腿两个舵机转角是否满足所述让所述足端到达指定位置的要求。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述舵机转角的解算过程中，还包括：
所述控制设备校核在所述仿生四足机械猫的站立过程中，脊柱的材料是否满足对应刚性强度的要求。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，脊柱的材料是否满足刚性强度的要求的校核处理包括以下内容：
所述控制设备在有限元分析环境中，通过在所述脊柱的前后两个板间接触面施加向上2N的压力，模拟中间脊柱和舵机的重力转递到前后躯干的部分，最后网络化，得到最大应力和材料屈服力；
所述控制设备判断所述最大应力和所述材料屈服力两者是否满足所述刚性强度的要求。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述控制设备通过物联网模块获取所述仿生四足机械猫的目标运动位置；
所述控制设备以所述步态算法控制所述仿生四足机械猫运动至所述目标运动位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述控制设备以所述步态算法控制所述仿生四足机械猫运动至所述目标运动位置的过程中，包括以下内容：
所述控制设备通过超声波模块采集的超声波数据，判断前方运动方向上是否存在障碍物，若存在则进行避障处理；
以及，所述控制设备通过陀螺仪采集的姿态数据，判断所述仿生四足机械猫运动是否姿态失衡，若是则进行姿态平衡处理。
8.一种仿生四足机械猫的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取仿生四足机械猫的预设运动轨迹；
模拟单元，用于在所述仿生四足机械猫的结构数据的基础上，在模拟环境中模拟所述仿生四足机械猫进行所述预设运动轨迹的运动，并得到模拟结果；
解算单元，用于在所述模拟结果中，对所述仿生四足机械猫的运动结构的舵机转角进行解算，得到所述仿生四足机械猫的步态算法，所述步态算法是指所述仿生四足机械猫完成所述预设运动轨迹时所述舵机转角的控制算法。
9.一种控制设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行权利要求1至7任一项所述的方法。
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