本發(fā)明涉及機器人運動控制，特別是涉及一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法、裝置、終端及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、雙足人形機器人作為移動機器人領(lǐng)域的一個重要分支，一般具有仿人雙腿雙腳的機器人。這類機器人在運動過程中，通常需要進(jìn)行邁步時間與落足點位置控制，進(jìn)而實現(xiàn)雙腿交替與運動穩(wěn)定。

2、由于雙足人形機器人的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)強非線性，雙足人形機器人的控制比較困難。一般將雙足人形機器人進(jìn)行降階處理；

3、現(xiàn)有技術(shù)中，雙足人形機器人是根據(jù)給定邁步時間進(jìn)行落足點位置調(diào)控的，由于模型不確定性、擾動、噪聲以及足地打滑等因素，雙足人形機器人的落足點會大幅隨機擺動，偏離期望運動路徑，特別是在人多或狹窄通道行走時，不受控的側(cè)向運動容易導(dǎo)致危險事故發(fā)生。

4、因此，如何提供一種能沿運動路徑的雙足人形機器人邁步調(diào)控方法，是迫切需要本領(lǐng)域技術(shù)人員解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題,本發(fā)明提供用于克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法、裝置、終端及存儲介質(zhì)。通過固定落足點位置進(jìn)行邁步時間調(diào)控，用于雙足人形機器人的邁步調(diào)控。

2、本發(fā)明提供了如下方案:

3、一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法，包括：

4、利用等效降階模型模擬雙足人形機器人運動，建立基于足端笛卡爾坐標(biāo)系的等效降階模型；

5、根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)計算當(dāng)前時刻質(zhì)心相對著地足實際位置與實際系統(tǒng)角動量；

6、基于機器人運動路徑獲取當(dāng)前時刻期望前向速度與期望側(cè)向速度，根據(jù)所述等效降階模型計算期望角動量；

7、根據(jù)所述實際角動量與所述期望角動量數(shù)值求解剩余邁步時間；

8、根據(jù)系統(tǒng)邁步時間約束確定最終邁步時間，根據(jù)所述最終邁步時間解析計算最終落足點位置。

9、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述等效降階模型由下式表示：

10、

11、所述等效降階模型的解由下式表示：

12、

13、式中：與為質(zhì)心相對足端前向或側(cè)向位置與速度，ly/x與為質(zhì)心側(cè)向或前向角動量與角動量的變化率，m為機器人總質(zhì)量，g為重力加速度，z為質(zhì)心高度，為前向或側(cè)向足地打滑速度，tstep為期望邁步周期，t為當(dāng)前邁步時刻，到vsy/x(t)為所述足地打滑速度導(dǎo)致的側(cè)向或前向角動量偏移。

14、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述當(dāng)前時刻質(zhì)心相對著地足實際位置pst(t)由下式表示：

15、pst(t)＝pcom(t)-pst,w(t)

16、所述實際角動量l(t)為系統(tǒng)相對于著地足位置的角動量，由下式表示：

17、

18、式中：pst,w(t)表示當(dāng)前t時刻著地足絕對位置，pcom(t)與表示當(dāng)前t時刻質(zhì)心位置與質(zhì)心速度；lcom(t)表示當(dāng)前t時刻系統(tǒng)相對于質(zhì)心的角動量，∧表示向量叉乘。

19、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述期望角動量可表示為：

20、期望前向角動量：期望角動量根據(jù)左右腿步寬與期望側(cè)向速度計算得到：

21、

22、期望側(cè)向角動量：期望側(cè)向角動量可根據(jù)期望前向速度計算得到：

23、

24、式中：w為期望邁步寬度，為期望側(cè)向速度對應(yīng)的角動量。

25、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述剩余邁步時間tremain可通過聯(lián)立方程數(shù)值求解得到，由下式表示：

26、

27、式中，為當(dāng)前邁步結(jié)束時刻相對于著地足位置的前向或側(cè)向角動量，vsx/y為所述足地打滑速度導(dǎo)致的前向或側(cè)向角動量偏移。

28、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述最終邁步時間和所述最終落足點位置，當(dāng)所述剩余邁步時間小于最小邁步時間或大于最大邁步時間時，所述最終邁步時間和所述最終落足點位置，由下式表示：

29、

30、一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控裝置，包括：

31、建模模塊：用于建立雙足人形機器人降階模型的狀態(tài)空間方程；

32、狀態(tài)估計模塊：用于獲取當(dāng)前時刻質(zhì)心與足端的相對位置、系統(tǒng)前向和側(cè)向角動量；

33、期望角動量模塊：用于計算期望落足點或速度的期望角動量；

34、數(shù)值求解模塊：用于數(shù)值求解基于期望落足點位置的剩余邁步時間；

35、邁步調(diào)控模塊：用于解析期望邁步時間與期望邁步落足點位置。

36、一種終端，包括存儲器、處理器，所述存儲器用于存儲計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以使所述終端實現(xiàn)以上任一項所述的雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法。

37、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其存儲有所述終端所執(zhí)行的所述計算機程序。

38、本發(fā)明的有益效果是：

39、(1)根據(jù)機器人期望運動速度與邁步落足點，運用等效降階模型計算期望角動量；根據(jù)當(dāng)前時刻系統(tǒng)實際角動量與期望角動量數(shù)值求解剩余邁步時間；考慮系統(tǒng)邁步時間約束求解得到邁步時間與落足點位置，能解決雙足人形機器人偏離期望運動路徑的問題，保證通過狹窄通道的安全性；

40、(2)本發(fā)明與傳統(tǒng)固定邁步周期的運動控制相比，結(jié)構(gòu)簡單，計算效率高，能同時考慮邁步周期與邁步落足點，控制更加靈活，同時，本發(fā)明考慮足地打滑導(dǎo)致的角動量變化，可確保打滑后仍能較穩(wěn)定的跟隨運動路徑，具有更高的魯棒性和實際運用價值。

技術(shù)特征：

1.一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法、裝置、終端及存儲介質(zhì)，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法，其特征是所述等效降階模型由下式表示：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法，其特征是所述當(dāng)前時刻質(zhì)心相對著地足實際位置pst(t)由下式表示：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法，其特征是所述期望角動量可表示為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法，其特征是所述剩余邁步時間tremain可通過聯(lián)立方程數(shù)值求解得到，由下式表示：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法，其特征是所述最終邁步時間和所述最終落足點位置，當(dāng)所述剩余邁步時間小于最小邁步時間或大于最大邁步時間時，所述最終邁步時間和所述最終落足點位置，由下式表示：

7.一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控裝置，其特征在于包括：

8.一種終端，包括存儲器、處理器，所述存儲器用于存儲計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以使所述終端實現(xiàn)權(quán)利要求1～6中任一項所述的雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法。

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，其存儲有權(quán)利要求8所述的終端所執(zhí)行的所述計算機程序。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙足人形機器人邁步時間調(diào)控方法、裝置、終端及存儲介質(zhì)，包括：利用等效降階模型模擬雙足人形機器人運動，建立基于足端笛卡爾坐標(biāo)系的等效降階模型；根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)計算當(dāng)前時刻質(zhì)心相對著地足實際位置與實際系統(tǒng)角動量；基于機器人運動路徑獲取當(dāng)前時刻期望前向速度與期望側(cè)向速度，根據(jù)所述等效降階模型計算期望角動量；根據(jù)所述實際角動量與所述期望角動量數(shù)值求解剩余邁步時間；根據(jù)系統(tǒng)邁步時間約束確定最終邁步時間，根據(jù)所述最終邁步時間解析計算最終落足點位置。本發(fā)明的邁步時間調(diào)控方法可防止雙足人形機器人踏步偏移，提高雙足人形機器人沿給定運動路徑的跟蹤可靠性與穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：史亞鵬,冷曉琨,何治成,韓瀟,劉俊杰,朱賀林,吳嘉陽,樸松昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30