双四足机器人拼接组合体的分布式控制方法及装置

技术领域

本发明涉及双四足机器人控制技术领域，特别是涉及双四足机器人拼接组合体的分布式控制方法及装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

四足机器人通过多年发展已在多个领域得到了广泛应用，但目前单四足机器人受限于自身机构及设计特性，在环境交互中存在诸多的问题。双四足机器人拼接组合体在实现四足机器人协同控制共同完成任务的同时，通过较少的机器人个数来降低机器人整体的设计成本和控制难度。传统的组合体采用一根刚性连杆将两个四足机器人拼接，其机构构型、运动参数等仍受到刚性连杆长度和全身自由度的限制，而具有非刚性拼接机构的双四足机器人拼接组合体通过增加全身自由度个数提高机器人稳定性、地形适应性、移动效率、承载能力和灵活作业能力，极大扩展了组合体的控制方法。具有非刚性拼接机构的组合体可以充分结合多四足机器人结构特点、单四足机器人个体的运动特点，通过设计组合体运动控制方法，有效克服多机器人动作混乱和矛盾的情况，充分管理和协调好组合体中的每个机器人个体，在充分发挥单体优势方面具有良好的前景。

目前的双四足机器人拼接组合体研究还存在着以下核心问题：双四足机器人拼接组合体动态稳定性差、环境交互能力差、约束优化能力差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了双四足机器人拼接组合体的分布式控制方法及装置，具有兼顾动态稳定及协调控制的优点。

根据本申请实施例的一个方面，提供了双四足机器人拼接组合体的分布式控制方法，包括：

分别获取前后四足机器人的运动状态信息；

根据前后四足机器人的运动状态信息和上位机对前后四足机器人不同的控制指令，分别构建前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数；

根据前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数，确定前后四足机器人的最优足底力；

根据前后四足机器人各自的控制任务，确定前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度；

根据前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度以及最优足底力，确定前后四足机器人的驱动关节扭矩，将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，前后四足机器人开始运动；

判断前后两个四足机器人的观测状态是否满足硬约束限制，如果满足就继续进行运动过程，如果不满足就停止运动。

根据本申请实施例的一个方面，提供了双四足机器人拼接组合体的分布式控制装置；

双四足机器人拼接组合体的分布式控制装置，包括：

获取模块，其被配置为：分别获取前后四足机器人的运动状态信息；

构建模块，其被配置为：根据前后四足机器人的运动状态信息和上位机对前后四足机器人不同的控制指令，分别构建前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数；

第一确定模块，其被配置为：根据前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数，确定前后四足机器人的最优足底力；

第二确定模块，其被配置为：根据前后四足机器人各自的控制任务，确定前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度；

第三确定模块，其被配置为：根据前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度以及最优足底力，确定前后四足机器人的驱动关节扭矩，将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，前后四足机器人开始运动；

判断模块，其被配置为：判断前后两个四足机器人的观测状态是否满足硬约束限制，如果满足就继续进行运动过程，如果不满足就停止运动。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种双四足机器人拼接组合体，所述双四足机器人拼接组合体，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述机器人的控制方法。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述机器人的控制方法。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中，机器人的处理器从计算机可读存储介质读取计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该机器人执行上述机器人的控制方法。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、建立双四足机器人拼接组合体构型，采用直角连杆形成拼接关节连接前后两个四足机器人。

2、建立适用于双四足机器人拼接组合体的分布式控制系统及方法，对分布式控制子系统划分多个单元，不同单元对应完成不同的控制任务，同时采用总线嵌套的双层信息通信系统架构，实现通过上位机对前后两个四足机器人分布式控制子系统进行控制。

3、采用非线性模型预测控制(Nonlinear Model Predictive Control，NMPC)策略和分布式的全身控制(Whole Body Control，WBC)策略，实现对前后两个四足机器人控制器不同控制任务分别划分子任务并分别设定优先级，求解最优足底力和驱动关节扭矩。

4、本发明建立多约束与多损失的系统优化方法，针对组合体一个四足机器人受到的来自于另一个四足机器人作用于直角连杆末端的力，建立静步态下动态稳定性不等式约束和归一化动态能量稳定裕度(Normalized Dynamic Energy Stability Margin,NDESM)，并将NDESM设计为归一化动态能量损失，实现外力作用下四足机器人的动态稳定。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是关节-机身安全距离示意图；

图2是本发明中分布式控制方法流程图；

图3是归一化动态能量稳定裕度(NDESM)建立过程示意图；

图4是前后四足机器人具有不同的运动任务时的分布式WBC流程图；

图5是双四足机器人拼接组合体整体示意图；

图6是双四足机器人拼接组合体整体仰视图；

图7(a)是前四足机器人圆柱底座位置示意图；

图7(b)是后四足机器人圆柱底座位置示意图；

图8(a)是本发明分布式控制系统硬件层面原理图；

图8(b)是本发明分布式控制方法层面原理图；

图9是本发明中分布式控制系统硬件连接图；

其中，0、前四足机器人左前腿，1、前四足机器人右前腿，2、前四足机器人左后腿，3、前四足机器人右后腿，4、后四足机器人左前腿，5、后四足机器人右前腿，6、后四足机器人左后腿，7、后四足机器人右后腿；①、初始面，②、垂直面，③、旋转面。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例一

本实施例提供了双四足机器人拼接组合体的分布式控制方法；

双四足机器人拼接组合体的分布式控制方法，包括：

S101：获取前四足机器人的运动状态信息和后四足机器人的运动状态信息；

S102：根据前四足机器人的运动状态信息和上位机的控制指令，构建前四足机器人的控制器的约束条件和损失函数；

根据后四足机器人的运动状态信息和上位机的控制指令，构建后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数；

S103：根据前四足机器人的控制器的约束条件和损失函数，确定前四足机器人的最优足底力；

根据后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数，确定后四足机器人的最优足底力；

S104：根据前四足机器人的控制任务，确定前四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度；

根据后四足机器人的控制任务，确定后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度；

S105：根据前四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度以及最优足底力，确定前四足机器人的驱动关节扭矩，将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，前四足机器人开始运动；

根据后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度以及最优足底力，确定后四足机器人的驱动关节扭矩，将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，后四足机器人开始运动；

S106：判断前后两个四足机器人的观测状态是否满足硬约束限制，如果满足就继续进行运动过程，如果不满足就停止运动。

进一步地，所述S101：获取前四足机器人的运动状态信息和后四足机器人的运动状态信息，其中，运动状态信息，具体包括：机身质心位置、速度、机身姿态角度和角速度等。

进一步地，所述S102，约束条件，包括：碰撞摩擦锥非线性不等式约束、碰撞距离正交等式约束、碰撞速度正交等式约束、静步态下动态稳定性不等式约束。

定义四足机器人绕支撑多边形第j条边旋转产生的旋转力矩M

M

定义静步态下动态稳定性不等式约束如下：

M

其中，j＝1,…,n

进一步地，碰撞摩擦锥非线性不等式约束，包括：

其中，i＝1,…,n

进一步地，碰撞距离正交等式约束和碰撞速度正交等式约束：

其中，k表示当前处于第k时刻，F

进一步地，所述S102：根据前四足机器人的运动状态信息和上位机的控制指令，构建前四足机器人的控制器的约束条件和损失函数；根据后四足机器人的运动状态信息和上位机的控制指令，构建后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数，其中，损失函数，包括：归一化动态能量损失、关节-机身安全距离损失和状态跟踪误差损失。

定义支撑多边形第j条边的归一化动态能量稳定裕度指标S

其中，U

进一步地，定义归一化动态能量损失H

求解关节-机身距离的过程如下：

h

h

h

a

其中，γ表示拼接关节角度，γ

a

H

状态跟踪误差损失H

H

其中，η和η

根据关节机身安全距离损失、状态跟踪误差损失和归一化动态能量损失，建立四足机器人控制器损失函数H

H

其中，w

本发明以前四足机器人为例，考虑前四足机器人后腿在环境交互过程中可能产生的腿部关节与后四足机器人机身之间的冲突，设置编号为2的前四足机器人左后腿膝关节-机身距离为a

图2给出了组合体分布式系统控制方法的流程图。应理解地，所述前后两个四足机器人控制器运动约束包括碰撞摩擦锥不等式约束、碰撞距离正交等式约束、碰撞速度正交等式约束，同时针对前后两四足机器人之间通过前四足机器人直角连杆和后四足机器人直角连杆施加的相互作用，引入静步态下动态稳定性不等式约束和NDESM，将NDESM设计为归一化动态能量损失，设计关节-机身安全距离损失和状态跟踪误差损失，进而建立前后两个四足机器人控制系统损失函数。

本发明引入的静步态下动态稳定性不等式约束描述在一个外部干扰使得静步态下的四足机器人绕其支撑多边形的一个边或几个边发生旋转时仍处于动态稳定状态的条件，NDESM用于评估四足机器人运动稳定性，是描述四足机器人动能与潜在能量之间平衡程度的量化指标，潜在能量是指由四足机器人重力所带来的势能，所述归一化用于将量化指标限制在0到1之间，越接近1表示四足机器人动能和潜在能量平衡程度越好，运动越稳定。

本发明的NDESM建立过程如图3所示，图3以前四足机器人为例，引入外力矩坐标系{M}，将外力矩坐标系原点置于拼接关节处，用于描述前后两个四足机器人连杆上的相互作用力，从控制器的角度看，外力矩坐标系用于描述施加在两个四足机器人上的外力，为了表示四足机器人所受合力，本发明将四足机器人所受外力从外力矩坐标系转换到重心坐标系{G}下，外力大小通过拼接关节处的力传感器获得。

定义过四足机器人当前状态下的重心和支撑多边形第j条边的平面为初始面，如图3中，①表示初始面，四足机器人当前状态下的重心位于初始面上，定义过支撑多边形第j条边且与地面垂直的平面为该边的垂直面，②表示垂直面，四足机器人绕支撑多边形第j条边旋转过程中重心会落在垂直面上，定义四足机器人绕支撑多边形第j条边旋转后的终止状态下的重心与该边形成的平面为该边的旋转面，③表示旋转面，旋转后的四足机器人重心位于旋转面上。本发明的静步态下动态稳定性不等式约束定义如下：四足机器人以支撑多边形一边为旋转轴进行顺时针旋转时产生的力矩为正值，那么此力矩会趋向于将机器人重心的水平投影维持在支撑多边形内部，而不会使四足机器人在绕这条边旋转时失去平衡，如果四足机器人绕支撑多边形各边均为顺时针旋转，即产生的力矩均为正值，则此时动态稳定。

进一步地，所述S103：根据前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数，确定前后四足机器人的最优足底力，是采用NMPC算法实现的，其中，NMPC具体包括：建立前后四足机器人状态空间模型，将控制指令设置为前后四足机器人期望状态，定义前后最优足底力为控制目标，使用前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数构建优化问题，求解该优化问题，即最小化损失函数同时满足约束条件，得到前后四足机器人最优足底力。

进一步地，所述S104：根据前后四足机器人各自的控制任务，确定前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度，是采用分布式的WBC策略实现的。

设定四足机器人控制任务，包括：

摆动相足端轨迹跟随任务、支撑相足端位置跟随任务，拼接关节运动任务包括拼接关节角度跟随子任务、位置跟随子任务，除此之外，还包括根据设定环境地形设置的摆动相足端起始角度跟随任务、终止角度跟随任务；

当前后两四足机器人具有相同的运动任务，如保持相同机身姿态攀登阶梯，将摆动相足端轨迹跟随任务设置为第一优先级；将拼接关节位置跟随任务和角度跟随任务设置为第二、第三优先级；最后将支撑相足端位置跟随任务设置为第四优先级；

当前后两四足机器人具有不同的运动任务时，如前四足机器人仅需完成攀登阶梯动作，后四足机器人在攀登阶梯的同时需要改变机身姿态，根据对应任务要求，调整两个控制器的子任务个数、类型和优先级，前四足机器人子任务个数、类型和优先级保持不变，对后四足机器人子任务个数、类型和优先级进行调整，调整后四足机器人拼接关节角度跟随任务为第二优先级，增加摆动相足端起始角度跟随任务和摆动相足端终止角度跟随任务，设置摆动相足端起始角度跟随任务为第三优先级，摆动相足端终止角度跟随任务为第四优先级，将支撑相足端位置跟随任务设置为最低优先级。

所述第一优先级为最高优先级，随后优先级逐级降低。

确定前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度，过程如下：

对四足机器人控制任务划分子任务，设定子任务优先级，计算优先级最高子任务雅各比矩阵的零空间投影矩阵，使用零空间投影矩阵将优先级最高的子任务映射到关节空间，按照优先级从高到低的顺序使用其他子任务的雅各比矩阵和对应的零空间投影矩阵，依次将其他子任务添加到映射关系中，最终求出关节空间中的驱动关节角度、角速度和角加速度，求出的驱动关节角度、角速度和角加速度能够按照子任务优先级，优先满足优先级最高的子任务，同时也可以尽可能满足优先级较低的子任务。

分布式WBC策略综合考虑组合体在运动过程中的控制任务以及前后两个四足机器人各自的控制任务，实现对各四足机器人各自的控制任务分别划分子控制任务，同时分别设定子控制任务优先级，使前后两个四足机器人个体可以更好地完成各自控制任务，最终可得到期望驱动关节角度、角速度和角加速度。

本发明所述的前后四足机器人具有不同的控制任务时的分布式WBC方案流程图如图4所示。

进一步地，所述S105：根据前四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度以及最优足底力，确定前四足机器人的驱动关节扭矩，将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，前四足机器人开始运动；

根据后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度以及最优足底力，确定后四足机器人的驱动关节扭矩，将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，后四足机器人开始运动。

驱动关节扭矩的求解是通过逆动力学模型实现的，逆动力学方程表示如下：

其中，q

进一步地，所述S106：判断前后两个四足机器人的观测状态是否满足硬约束限制，如果满足就继续进行运动过程，如果不满足就停止运动，具体包括：

判断前后两个四足机器人观测状态是否满足硬约束限制，如果至少有一个四足机器人观测状态不满足硬约束限制，则判定前后两个四足机器人处于异常状态，观测状态不满足硬约束限制的四足机器人发出报警声，同时前后两个四足机器人立刻执行安全恢复程序，执行结束后关闭关节电机，避免损坏电机。

硬约束限制，包括：机身姿态极限、关节角度极限、关节扭矩极限等。

满足硬约束限制用于确保四足机器人处于安全运行状态下，并防止关节运动超出四足机器人机械结构所允许的工作范围，不会损坏关节电机。

如果前后两个四足机器人观测状态均满足硬约束限制，则判定组合体当前处于正常状态，继续进行运动过程；

如果至少有一个四足机器人观测状态不满足硬约束限制，则判定组合体当前处于异常状态，观测状态不满足硬约束限制的四足机器人发出报警声，同时前后两个四足机器人立刻执行安全恢复程序，执行结束后关闭关节电机，避免损坏电机。

实施例二

双四足机器人拼接组合体的控制装置，包括：

获取模块，其被配置为：分别获取前后四足机器人的运动状态信息；

构建模块，其被配置为：根据前后四足机器人的运动状态信息和上位机对前后四足机器人不同的控制指令，分别构建前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数；

第一确定模块，其被配置为：根据前后四足机器人的控制器的约束条件和损失函数，确定前后四足机器人的最优足底力；

第二确定模块，其被配置为：根据前后四足机器人各自的控制任务，确定前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度；

第三确定模块，其被配置为：根据前后四足机器人的期望驱动关节角度、角速度和角加速度以及最优足底力，确定前后四足机器人的驱动关节扭矩，将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，前后四足机器人开始运动；

判断模块，其被配置为：判断前后两个四足机器人的观测状态是否满足硬约束限制，如果满足就继续进行运动过程，如果不满足就停止运动。

实施例二是本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

需要说明的是，上述实施例提供的装置，在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的装置与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

实施例三

本实施例提供了双四足机器人拼接组合体；

双四足机器人拼接组合体，包括：处理器和存储器。处理器包括但不限于以下任意一种：CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)和FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)等。存储器可以包括RAM(Random Access Memory，随机存储器)和ROM(Read Only Memory，只读存储器)等存储设备。处理器和存储器之间可以通过系统总线连接。

在示例性实施例中，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述机器人运动控制方法。双四足机器人拼接组合体，包括：前四足机器人和后四足机器人；

前四足机器人的机身末端固定第一圆柱底座，第一圆柱底座与第一直角连杆的第一端部连接；

后四足机器人的机身前端固定第二圆柱底座，第二圆柱底座与第二直角连杆的第一端部连接；

第一直角连杆的第二端部与第二直角连杆的第二端部连接，第一直角连杆与第二直角连杆的连接处形成可在俯仰方向上进行旋转的拼接关节；

应理解地，所述第一直角连杆和第二直角连杆的结构是一样的，所述第一直角连杆包括相互垂直连接的第一直杆和第二直杆，即为第一直角连杆的水平杆和垂直杆。

应理解地，所述双四足机器人拼接组合体由前后两个四足机器人连接组成，在前四足机器人机身末端和后四足机器人机身前端各固定一个圆柱底座，两个圆柱底座上分别固定一个直角连杆，两直角连杆的水平杆一端连接在一起，连接处形成拼接关节，仅可在俯仰方向上进行旋转。

本发明所述的双四足机器人拼接组合体示意图如图5所示，仰视图及组合体各腿编号如图6所示，0、2、4、6为组合体左侧腿编号，1、3、5、7为组合体右侧腿编号，在前四足机器人机身末端和后四足机器人机身前端各固定一个圆柱底座，圆柱底座与机身之间无自由度，底座圆心位于机身中垂线上，底座位置示意图如图7(a)和图7(b)所示，r

进一步地，所述前四足机器人安装有四条腿，分别是：前四足机器人左前腿0、前四足机器人右前腿1、前四足机器人左后腿2和前四足机器人右后腿3；

所述后四足机器人安装有四条腿，分别是：后四足机器人左前腿4、后四足机器人右前腿5、后四足机器人左后腿6和后四足机器人右后腿7；

所述前四足机器人左前腿、前四足机器人右前腿、前四足机器人左后腿、前四足机器人右后腿、后四足机器人左前腿、后四足机器人右前腿、后四足机器人左后腿和后四足机器人右后腿的结构是一样的，均包括：

依次连接的侧摆关节、侧摆杆、髋关节、大腿、膝关节和小腿；

前四足机器人左前腿的侧摆关节与前四足机器人机身左前方连接；前四足机器人右前腿的侧摆关节与前四足机器人机身右前方连接；前四足机器人左后腿的侧摆关节与前足机器人机身左后方连接；前四足机器人右后腿的侧摆关节与前四足机器人机身右后方连接；

后四足机器人左前腿的侧摆关节与后四足机器人机身左前方连接；后四足机器人右前腿的侧摆关节与后四足机器人机身右前方连接；后四足机器人左后腿的侧摆关节与后四足机器人机身左后方连接；后四足机器人右后腿的侧摆关节与后四足机器人机身右后方连接。

所述侧摆关节，位于四足机器人头部和尾部，仅具有横滚自由度，用于控制四足机器人横滚方向的姿态。

所述侧摆杆，采用一根直杆来实现，连接单腿侧摆关节和髋关节。

应理解地，前后两个四足机器人的驱动关节为腿部各关节，每条腿具有3个关节控制单元，分别控制侧摆关节、髋关节和膝关节，每个关节控制单元包括关节驱动控制器、关节编码器和关节扭矩传感器，关节控制单元用于接收驱动关节扭矩，并将驱动关节扭矩输入到关节驱动控制器中，同时反馈关节编码器和关节扭矩传感器中的数据，实现对两个四足机器人各腿的分布式控制。所述拼接关节为被动关节，拼接关节具有一个关节感知单元，包括关节编码器和力传感器，用于反馈拼接关节传感器数据。

进一步地，所述拼接关节编码器分别与前四足机器人的控制器和后四足机器人的控制器连接，所述力传感器分别与前四足机器人的控制器和后四足机器人的控制器连接；

所述前四足机器人的侧摆关节、髋关节和膝关节均设置关节控制单元，所述关节控制单元包括：关节驱动控制器、关节编码器和关节扭矩传感器；前四足机器人的每个关节的关节驱动控制器、关节编码器和关节扭矩传感器，均与前四足机器人的控制器连接；

所述后四足机器人的侧摆关节、髋关节和膝关节均设置关节控制单元，所述关节控制单元包括：关节驱动控制器、关节编码器和关节扭矩传感器；后四足机器人的每个关节的关节驱动控制器、关节编码器和关节扭矩传感器，均与后四足机器人的控制器连接；

所述前四足机器人的控制器和后四足机器人的控制器均与上位机连接。

应理解地，所述上位机用于设定组合体路径规划、运动控制、姿态调整、协调控制等不同任务的控制指令，其中包括拼接关节位置、前后两个四足机器人机身位置、姿态等，同时将上述控制指令通过以太网通信传输给前后两个四足机器人控制器，完成信息通信与交互。

应理解地，所述前后两个四足机器人控制器将Upboard作为主控板，Upboard和上位机都具备以太网接口。所述以太网线通信用于实现高速率传输，同时具备相对稳定可靠的通信连接，通过配置IP地址和子网掩码来确保Upboard和上位机位于同一子网，从而能够相互发现和通信。

在实现通信和数据传输时采用了两个层次的总线，外层总线连接上位机和前后两个四足机器人控制器，采用以太网通信方式，使用两路以太网线传输数据，一路以太网线连接一个控制器，实现上位机与两个控制器的数据交互，从而实现对组合体的分布式控制；内层总线采用EtherCAT总线，分别连接控制器和驱动关节的关节控制单元、控制器和被动关节的关节感知单元，每个四足机器人控制器采用四路EtherCAT总线与四条腿上的三个关节控制单元进行数据传输，采用一路EtherCAT总线与被动关节中的关节感知单元进行数据传输，实现低延迟、高响应速度的关节数据交互与数据反馈。

双四足机器人拼接组合体分布式控制系统硬件由上位机、前后两个四足机器人控制器、驱动关节的关节控制单元和被动关节的关节感知单元组成，控制方法由运动约束单元、控制策略单元和安全检测单元组成，硬件层面和控制方法层面原理图如图8(a)和图8(b)所示。

图9给出了分布式控制系统硬件连接图。本发明所述的组合体各腿均具有3个关节控制单元，分别为侧摆关节控制单元、髋关节控制单元和膝关节控制单元，各腿侧摆关节、髋关节、膝关节均为驱动关节，共24个驱动关节，拼接关节为被动关节，具有一个关节感知单元。拼接关节和每个驱动关节处均配备关节编码器，利用其高分辨率和精度实时反馈关节角度数据，从而实现精确的姿态控制和运动规划；每个驱动关节均配备关节电机驱动控制器和关节扭矩传感器，用于接收关节驱动控制信号，控制关节电机使机器人进行设定运动，同时反馈关节电机运转过程中的实际关节扭矩；拼接关节除了配备关节编码器之外，也配备了力传感器，用于测量前后两个四足机器人在运动过程中通过连杆施加的相互作用力。

根据组合体路径规划、运动控制、姿态调整、协调控制等不同任务需要，通过上位机设定组合体控制指令，其中包括拼接关节位置、各四足机器人机身位置、姿态等，同时使用以太网线通信将控制指令传给前后两个四足机器人控制器，完成信息通信与交互。

前后两个四足机器人控制器将Upboard作为主控板，Upboard和上位机都具备以太网接口。所述以太网线通信用于实现高速率传输，同时具备相对稳定可靠的通信连接，通过配置IP地址和子网掩码来确保Upboard和上位机位于同一子网，从而能够相互发现和通信。

本分布式控制系统采用总线嵌套的双层信息通信系统架构，在实现通信和数据传输时采用了两个层次的总线，外层总线连接上位机和前后四足机器人控制器，采用以太网通信方式，使用两路以太网线传输数据，一路以太网线连接一个控制器，实现上位机与两个控制器的数据交互，从而实现对组合体的分布式控制；内层总线采用EtherCAT总线，分别连接控制器和驱动关节、控制器和被动关节，每个四足机器人控制器采用四路EtherCAT总线与四条腿上的三个关节控制单元进行数据传输，采用一路EtherCAT总线与被动关节中的关节感知单元进行数据传输，实现低延迟、高响应速度的关节数据交互与数据反馈。

组合体分布式系统控制方法由运动约束单元、控制策略单元和安全检测单元组成，先根据四足机器人机械结构、质量分布，建立前后两个四足机器人运动过程中的全身运动学模型，全身运动学模型包括机身质心位置、大腿和小腿连杆质心位置、足端位置等，然后利用拉格朗日函数建立外力作用下的四足机器人全身动力学模型，用以描述四足机器人的不同运动行为。

外力作用下的四足机器人全身动力学模型如下：

在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集在被计算机设备的处理器执行时实现上述机器人运动控制方法。

可选地，该计算机可读存储介质可以包括：ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存储器)、SSD(Solid State Drives，固态硬盘)或光盘等。其中，随机存取记忆体可以包括ReRAM(Resistance Random Access Memory，电阻式随机存取记忆体)和DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器)。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，所述计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中。机器人的处理器从所述计算机可读存储介质中读取所述计算机指令，所述处理器执行所述计算机指令，使得所述机器人执行上述机器人运动控制方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。