[发明专利]一种仿人机器人步态规划及合成方法

权利要求书

1.一种仿人机器人步态规划及合成方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用多项式函数来表示机器人髋关节和摆动腿末端的轨迹；

步骤2：根据仿人机器人步行时的约束条件，求出轨迹多项式函数的系数，由此得到机器人步行时单、双脚支撑期的轨迹；

步骤3：将得到的机器人步行时单、双脚支撑期的轨迹进行合成，最后得到机器人步行时的完整步态轨迹；

步骤4：根据零点力矩判据来判断得到的步态轨迹是否稳定；所述零点力矩判据为：机器人脚和地面接触面上的一点，地面的反作用力在此点的等效力矩水平分量为零；

z_zmp＝0                                (33)

根据式(31)和式(32)，就可以得到零点力矩轨迹图，从而判断机器人的步行是否稳定。

2.根据权利要求1所述的一种仿人机器人步态规划及合成方法，其特征在于：步骤1中所述的多项式函数是指：

其中，机器人行走的一个完整步行周期，设机器人支撑腿末端为坐标原点O(0，0)，(x_a(t)，z_a(t))是摆动腿末端相对于坐标原点的位置坐标，摆动腿末端在前向x_a(t)和法向z_a(t)的轨迹分别用一个三次多项式和一个五次多项式来表示，a₀，a₁，a₂，a₃，b₀，b₁，b₂，b₃，b₄，b₅是待定系数。 

x_hs(t)＝c₀+c₁t+c₂t²+c₃t³；0≤t≤T_s               (2)

x_hd(t)＝d₀+d₁t+d₂t²+d₃t³；0≤t≤T_d               (3)

z_hs(t)＝z_h(t)，0≤t≤T_s                          (4)

z_hd(t)＝z_h(t)，0≤t≤T_d                          (5)

其中，髋关节在单脚支撑期和双脚支撑期的轨迹分别用向量X_hs(x_hs(t)，z_hs(t))和X_hd(x_hd(t)，z_hd(t))来表示，用两个三次多项式函数来分别表示髋关节的前向运动轨迹x_hs(t)和z_hd(t)，法向的运动轨迹z_hs(t)和z_hd(t)用一个一次函数来表示。

3.根据权利要求1所述的一种仿人机器人步态规划及合成方法，其特征在于：步骤2中所述的仿人机器人步行时的约束条件是指：几何约束、摆动腿末端的最大跨高约束、步态的周期性约束、减小碰撞影响约束、髋关节的运动对于机器人系统的步行稳定性约束。

4.根据权利要求3所述的一种仿人机器人步态规划及合成方法，其特征在于：所述的几何约束的具体确定方法为：

机器人的摆动腿在起步时离开地面，止步时接触地面，根据坐标系定义得：

z_a(0)＝0                                         (6)

z_a(T_s)＝0                                        (7)