一种基于事件触发的六足巡检机器人步态规划方法与流程

本发明涉及巡检机器人步态规划，具体为一种基于事件触发的六足巡检机器人步态规划方法。

背景技术：

1、风能，作为一种清洁能源，正在成为人类最重要的能量来源之一，产生风能的设备，风发电机越来越多地被安装和使用，这些设备的安全高效巡检和维护日益成为重要的问题，当机器人被用于维护巡检工作时，可以代替人类完成高空中的危险作业，liu等人提出了一种“climbing ring robot”，这种机器人主体采用圆环装的结构包络在风塔筒上，巡检维修等设备被安装在主体上，随着主体沿着塔筒上下移动，这类机器人自身体积庞大，运输和维护都难以进行，franko等人提出了一种利用磁铁吸附四轮驱动的机器人，可以在金属铁质圆筒上全向移动，hong等人提出了s-emp与mre结合的方法实现高效磁吸，并将其应用在名为“mavel”四足机器人的足端，使得机器人有了更优秀的运动和负载能力，但是利用磁吸原理的攀爬机器人受限于表面爬行表面的材质，无法在玻璃、建筑物外墙、复合材料等表面运动，针对此类攀爬任务，众多研究都提出了使用真空吸盘作为吸附机构的机器人，这些机器人在垂直或者翻转的平坦光滑表上具备一定运动与越障能力，但是这些研究只考虑了机器人在曲率恒定的平坦表面上的运动，无法直接用于曲率改变的表面，在m.okino等人中的研究考虑了曲率变化的情况，并提出了一种灵巧腿部设计的六足机器人，在实验中完成了对直径不同的管道和表面曲率改变的墙面的攀爬，但是该机器人的真空发生器没有集成在机器人上，限制了机器人的运动，herraiz等人完成了真空发生器在六足机器人上的集成，并介绍了机器人系统的组成，但是没有展示机器人在风机叶片表面的运动方式，英国bladebug公司为海上风机叶片巡检任务设计了一款六足机器人，在实验中完成了在84m高风机叶片上的运动实验并传回实时图像，但是由于足端机械结构的限制，该机器人没有充分利用六足机器人自由度多灵活的特点，无法完成横向或者旋转移动因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于事件触发的六足巡检机器人步态规划方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于事件触发的六足巡检机器人步态规划方法，所述

3、巡检机器人步态规划部分给出腿部的不同状态，轨迹计算模块根据不同状态计算出未来时间内足端的参考轨迹，并求解就得到了控制器的输出；

4、判断巡检机器人真空吸盘的吸附状态，展示不同状态下机器人足端的运动轨迹；

5、解释事件触发与状态的转换；

6、基于旋转中心理论计算实时足端轨迹。

7、优选的，所述巡检机器人该控制器接收质心的期望速度为v＝[vx,vy,vz]t，

8、轨迹计算模块根据不同状态计算出未来t时间内足端的参考轨迹，最后通过逆运动学求解就得到了控制器的输出[θ,i]t，

9、{θτ＝[θthigh,θknee,θankle]t|τ∈π}，

10、i＝{iτ＝[ip,iv]t|τ∈π}，

11、其中：θ表示18个舵机的期望角度，i表示6个电磁阀与6个气泵开关指令。

12、优选的，所述巡检机器人的svm训练的数据集由膝关节与踝关节的扭矩和对应腿部负压传感器的数值组成，利用腿部踝关节与膝关节的扭矩作为判断依据，通过软边界的svm判断真空吸盘的吸附状态。

13、优选的，所述巡检机器人腿部的状态分为摆动和支撑，摆动过程被分为retrace、swing、attach三个阶段，因此腿部的状态为sτ∈s＝{attach,retrace,swing,stance}，

14、事件1触发会使retrace状态变为swing状态，事件2触发会使swing状态变为attach状态，事件3触发会使一组腿由attach状态变为stance状态，同时使另外一组腿由stance状态变为retrace状态。

15、优选的，所述巡检机器人根据三角步态的特性规定rf、rb、lm腿为a组，lf、lb、rm腿为b组，以一个周期详细解释事件触发与状态的转换，机器人关节4末端当前的位置为ecur＝[eτ]t,τ∈π，当前位置与设定点的欧式距离小于时，触发事件1，可行解检查模块发出的代表未来时间内理论轨迹是否在腿的运动范围内，0表示不在，1表示在，当时触发事件2，svm接触检测发出代表的腿是否完成稳定吸附，0表示未完成吸附，1代表完成吸附，当中的元素均为1时，触发事件3。

16、优选的，所述基于旋转中心理论计算实时足端轨迹，机器人坐标系为r与机器人质心固连，腿部基坐标系为bτ其原点与大腿关节坐标系原点重合，坐标轴与机器人坐标系平行，腿部末端坐标系为eτ固连在连杆3末端，旋转中心坐标系为m其原点与机器人旋转中心重合，坐标轴方向与机器人坐标系平行；

17、根据机器人thigh关节安装时的几何关系可以得到从blb系到r系的转换矩阵：

18、

19、其中代表了lb的腿部基坐标系b原点在r系中的位置，因此我们可以推算出从bτ系到r系的转换矩阵：

20、

21、为了得到从坐eτ与到bτ之间的转换矩阵，根据关节位置定义四个坐标系，定义与对应的dh参数进行正运动学分析得到：

22、

23、用代表eτ点在b系中的坐标，进行逆运动学分析得到：

24、

25、其中：c1＝cos(θ1),s1＝sin(θ1),c23＝cos(θ2+θ3),s23＝sin(θ2+θ3)，从m系到r系之间的转换矩阵，根据旋转中心理论计算得出旋转中心m在r系下的坐标为其中表示绕zr轴旋转90°的旋转矩阵，则可以得到：

26、

27、机器人足端的轨迹是由点随着时间连续变化时构成的轨线；

28、控制器接收到v,ψ后根据计算m的位置，对状态s＝stance,swing的腿，根据得到eτ点在bτ系中的表示为根据可以得到eτ在m中的表示：

29、

30、由上式得到的极坐标表示：

31、

32、此时可以算出t时间内由eτ点构成的轨线在m中的表示：

33、

34、其中：η是由腿部的状态s确定的：

35、

36、为了计算出控制器的输出θ，需要得到γeτ在bτ系中的表示：

37、

38、优选的，所述巡检机器人腿部轨迹rf为stance状态，rm为swing状态时计算出的足端轨迹使用红色圆弧代表，为圆弧的圆心，点为圆周轨迹的起点，红色箭头代表了运动方向，实际情况中rf与rm的状态相同，对于s＝retrace状态的腿，目标位置rτ被提前指定好，轨迹为从eτ到rτ的直线，对于s＝attach状态的腿，其中va被设定好，代表腿接向下贴近曲面的速度，控制器在执行过程中，t被离散化为相同间隔的时间段连续的轨迹变为由关键点相互连接的线段，根据公式可以得到控制器输出序列为电磁阀与气泵开关控制信号i是根据sτ确定的：

39、

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

41、该步态规划方法更加清晰地展示机器人的腿部轨迹，吸盘可以完成稳定的吸附，可以有效的判断吸盘的吸附状态，可以根据用户的输入直接得到控制器的输出，运算量小效率高。