(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210498718.2 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 中兵智能创新研究院有限公司 地址 100071 北京市丰台区科兴 路7号1层A 区21号 (72)发明人 苏波　许鹏　江磊　许威　党睿娜　 汪建兵　邓秦丹　邢伯阳　刘宇飞　 王志瑞　 (74)专利代理 机构 中国兵器 工业集团公司专利 中心 11011 专利代理师 周恒 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种四足机 器人动态适应负载的控制方法 (57)摘要 本发明属于机器人运动控制技术领域， 具体 涉及一种四足机器人动态适应负载的控制方法。 该方法包括： 针对机器人的负载参数进行估计， 所述机器人的负载参数包括机器人的机身质量 及机身质心位置； 基于估计获取的机器人的负载 参数， 建立机器人的虚拟伺服力与力矩； 将虚拟 伺服力与力矩优化分配至各支撑腿， 并通过关节 映射实现负载的动态适应。 本发 明通过建立机器 人负载自适应稳定控制器实现对外界负载的抗 扰动， 从而提升机器人在复杂路面下的通过性 能。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114734445 A 2022.07.12 CN 114734445 A 1.一种四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特 征在于， 所述方法包括如下步骤： 步骤1： 针对机器人的负载参数进行估计， 所述机器人的负载参数包括机器人的机身质 量及机身质心位置； 步骤2： 基于估计获取的机器人的负载参数， 建立机器人的虚拟伺服力与力矩； 步骤3： 将虚拟伺服力与力矩优化分配至各支撑腿， 并通过关节映射实现负载的动态适 应。 2.如权利要求1所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤1 包括： 步骤11： 在机器人的机身原点处建立动力学 方程； 步骤12： 在机器人站立平衡条件下， 建立力平衡方程， 估计机器人的机身质量； 步骤13： 在机器人站立平衡条件下， 建立力矩平衡方程， 采用最小二乘法估计机器人的 机身质心位置 。 3.如权利要求2所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤2 中， 包括： 步骤21： 根据估计的负载参数建立机器人高度方向的虚拟伺服力； 步骤22： 根据估计的机身质心位置建立机器人转动方向的虚拟伺服力矩。 4.如权利要求3所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤3 中， 将虚拟伺服力与力矩优化分配至各支撑腿， 并通过关节映射 实现负载的动态适应； 具体 包括： 步骤31： 建立虚拟伺服力/力矩与足端力之间的映射关系； 步骤32： 建立虚拟伺服力/力矩力分配的目标优化 函数， 求解满足约束的一组最优解； 步骤33： 建立底层柔 顺伺服控制器。 5.如权利要求4所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤11 中， 以机器人为研究对象， 在机身原点处建立动力学 方程， 具体如下： 其中， 式中， Fi为第i条腿的地面作用力矢量， Gi,j为第i条腿第j个关节连杆的重力矢量， mi,j为 第i条腿第 j个关节连杆的质量， Ii,j为第i条腿第 j个关节连杆的转动惯 量， 为第i条腿第 j个关节连 杆质心的平动加速度， 为第i条腿第j个关节的角加速度， Gt为含负载的机身重 力矢量， mt为含负载的机身质量， It为含负载的机身转动惯量， 为机身姿态角加速度， 为含负载的机身平动加速度， FG为作用在机身原点的合力矢量， MG为作用在机身原点的合力 矩矢量， ri为足相对机身原点的位置矢量， rb_com为机身质心相对机身原点的位置矢量， ri,j_com为腿足各关节连 杆质心相对机身原点的位置 矢量。 6.如权利要求5所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤12权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114734445 A 2中， 在机器人站立平衡条件下， 合力为零， 即FG＝0， 估计负载质量以及含负载的机身质量， 得到： mL＝Gt_z/g‑mb Gt_z/g＝mL+mb 式中， Gt_z为Gt的z元素， g＝ ‑9.812为重力加速度， mb为不含负载的机身质量， mL为机身 质量， Gt_z/g为含负载的机身质量。 7.如权利要求6所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤13 中， 在机器人站立平衡条件下， 合力矩为 零， 即MG＝0， 机器人的机身质心位置表达如下： 式中， R为机身 姿态变换矩阵， rb_com_b为含负载机身质心相对机身原点的位置 矢量； 选取N组不同姿态下的站立平衡 状态， 采用最小二乘法求 解rb_com_b， 计算如下： 8.如权利要求7所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤21 中， 根据估计的负载参数建立机器人虚拟伺服力， 机身在平动方向被简化为具有弹簧和阻 尼的虚拟元件， 在相同的阻尼比和自然频率下， 平动刚度、 阻尼与质量成正比， 将负载重力 作为前馈， 考虑了负载的虚拟力建立如下： 式中， Fm为机体虚拟力矢量； kpp为位置正定增益矩阵； p为机身实际的位置矢量； pd为机 身期望的位置矢量； kpd为位置正定微分系数矩阵； 为机身实际的平动速度矢 量， 为机身 期望的平动速度矢量。 9.如权利要求8所述的四足机器人动态适应负载的控制方法， 其特征在于， 所述步骤22 中， 根据估计的机身质心位置建立机器人虚拟伺服力矩， 机身在转动方向被简化为具有弹 簧和阻尼的虚拟元件， 在相同的阻尼比和自然频率下， 旋转刚度、 阻尼与转动惯量成正比， 将负载重力产生的力矩作为前馈， 考虑了负载的虚拟力矩建立如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114734445 A 3