四足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃與接觸狀態(tài)

0、步態(tài)規(guī)劃

四足機(jī)器人控制當(dāng)中，步態(tài)是至關(guān)重要的一項(xiàng)。我們可以簡(jiǎn)單理解成四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中各腿的狀態(tài)，在這套設(shè)計(jì)方案中，我們對(duì)步態(tài)的規(guī)劃主要分成兩大主要部分，即接觸狀態(tài)和周期函數(shù)。而步態(tài)規(guī)劃的目的，就是創(chuàng)建一個(gè)關(guān)于的足端接觸狀態(tài)的周期函數(shù)。

1、接觸狀態(tài)

四足機(jī)器人行進(jìn)過程中，根據(jù)足端與地面是否發(fā)生接觸，我們可以規(guī)定各條腿的兩種接觸狀態(tài)，即接觸（contact）與擺動(dòng)（swing）

總控制器會(huì)根據(jù)步態(tài)規(guī)劃給出的狀態(tài)，移交至對(duì)應(yīng)的控制器去處理，即擺動(dòng)腿控制器（swing leg controll），接觸腿控制器（contact leg control）。

對(duì)于這兩種狀態(tài)，可以簡(jiǎn)單地用一個(gè)布爾類型的值s來定義，即

對(duì)于周期性的步態(tài)規(guī)劃，我們可以用下標(biāo)Φ來進(jìn)行區(qū)分，可以寫成：

2、步態(tài)周期

四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)歸根到底都是周期運(yùn)動(dòng)，我們無須量化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程，因此如何量化定義一個(gè)完整的步態(tài)周期顯得極為重要，在此我們使用基于時(shí)間的周期函數(shù)，定義一個(gè)基準(zhǔn)相位值，公式如下：

其中，

• t：當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間
• t0：當(dāng)前周期開始時(shí)間
• T：一個(gè)步態(tài)周期

同樣我們可以利用取余的方法來簡(jiǎn)化上述周期函數(shù)，兩者并無實(shí)質(zhì)的區(qū)別：

其中

• %為取余運(yùn)算
• t為當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間

對(duì)于相同類型的周期信號(hào)，我們可以利用相位差來表征周期函數(shù)之間的差別，因此有了基準(zhǔn)相位函數(shù)之后，我們就可以利用其來定義各條腿的相位，如下式：

其中，Φi,offset為第條腿與基準(zhǔn)相位的相位差。